Itin trumpas lazerio impulsų manipuliavimas kietosiomis magnetinėmis būsenomis iš naujo apibrėžia optomagnetinės dinamikos supratimą

Neseniai atliktas tyrimas atskleidė iki šiol neatrastą ryšį tarp šviesos ir magnetizmo – tai atradimas, kuris sudarys veiksmingą kelią būsimai itin greitai šviesa valdomai saugojimo technologijai ir kūrybingai optomagnetinių jutiklių technologijai, galinčiai sukelti perversmą kurie įrenginiai yra gaminami ir kaip duomenys saugomi keliuose sektoriuose.

Tyrimą atlieka Jeruzalės hebrajų universiteto Taikomosios fizikos ir elektros inžinerijos instituto profesoriaus ir Spintronikos laboratorijos direktoriaus Amiro Kapua tyrimų grupės. Tyrimas atskleidžia procesą, kurio metu lazerio spindulys manipuliuoja kietos medžiagos magnetine būsena, o tai rodo paradigmos pasikeitimą žmogaus supratimo apie šviesos ir magnetinių medžiagų sąveiką.
(Paradigmos pokytis: tai esminis pokytis, apimantis esminį mąstymo modelių, vertybių ir pažinimo būdų pokytį. Kaip ir teorinių struktūrų ar teorinių sistemų pasikeitimas moksle, paradigmos pokytis reiškia iš naujo išnagrinėti, kaip dalykai yra suprantami ir atnaujinti, kaip jie apibūdinami. Tam reikia iš esmės iš naujo įvertinti esamas koncepcijas, teorijas ir praktiką, o tai savo ruožtu daro pažangą šioje srityje kaip visumą.)
Pasaulis, kuriame šviesa ir magnetizmas šoka kartu
Kaip visi žinome, šviesa ir magnetizmas atrodo du labai skirtingi fiziniai reiškiniai, tačiau iš tikrųjų jie yra glaudžiai susiję. Šviesa, nematomas energijos šaltinis, gali akimirksniu nukeliauti tūkstančius mylių; o magnetizmas, paslaptingas jėgos laukas, gali nukreipti objektus judėti kryptingai. Jų tarpusavio sąveika yra tarsi tylus šokėjų bendradarbiavimas, tylus, bet kupinas jėgos.
Šviesa, turėdama bangų ir dalelių dvilypumą, gali judėti šviesos greičiu ir perduoti energiją. Kita vertus, magnetizmas yra jėgos laukas, susidarantis, kai elektronai sukasi aplink atomo branduolį. Tačiau kai šviesa susitinka su magnetizmu, nutinka kažkas nuostabaus. Šviesa gali sukelti magnetinę reakciją, o magnetizmas gali paveikti šviesos sklidimą. Tarp jų tarsi nematomas ryšys, darantis įtaką ir sąveikaujantis vienas su kitu.
Ši sąveika yra dar įspūdingesnė mikroskopiniame pasaulyje. Kai fotonas susiduria su magnetu, tarp jų atsiranda keistas rezonansas. Šis rezonansas nėra paprastas energijos apsikeitimas, o gilesnis abipusio įsiskverbimo ir integracijos lygis. Kartu jie sukuria sudėtingą ir organizuotą elektromagnetinį lauką, leidžiantį sujungti viską visatoje.
Šis ryšys, egzistuojantis ne tik mikrokosmose, tęsiasi ir iki makrokosmoso. Mūsų gyvenime šviesa ir magnetizmas naudojami visur. Nuo kompasų iki mobiliųjų telefonų, nuo televizorių iki kompiuterių – šviesos ir magnetizmo sąveika yra būtina. Jie leidžia perduoti informaciją ir veikti pasauliui.
Greitai svyruojančių šviesos bangų gebėjimas manipuliuoti magnetais
Iš naujo apibrėžiant pagrindines fizines sąveikas
Netikėtai šis naujas tyrimas iš naujo apibrėžia šviesos ir magneto sąveikos supratimą ir yra didelis šuolis į priekį žmogaus supratimo apie fotomagnetinę dinamiką.
Grupės atradimas atskleidžia naują teoriją: greitai svyruojančių šviesos bangų magnetinio komponento gebėjimas manipuliuoti magnetais iš naujo apibrėžia pagrindines fizines sąveikas, kurios ilgą laiką buvo nepastebėtos, nes magnetai reaguoja lėčiau nei šviesos spinduliuotė. Anksčiau, kai magnetinės medžiagos ir optinė spinduliuotė buvo tobuloje pusiausvyroje, buvo patvirtinta, kad tarp jų yra sąveika. Tačiau iki šiol ryšys tarp šviesos spinduliuotės ir nepusiausvyrinių magnetinių medžiagų buvo aprašytas tik labai trumpai.
Suprantama, kad tyrėjų grupė teigia, kad yra paprastas matematinis ryšys tarp magnetinių medžiagų amplitudės, dažnio ir energijos sugerties, apibūdinančios sąveikos stiprumą. Šis suvokimas pasiekiamas naudojant principus, kurie yra gerai nustatyti kvantinės skaičiavimo ir kvantinės optikos bendruomenėse, bet ne spintronikos ir magnetizmo bendruomenėse.
Pagrindinis kvantinio skaičiavimo ir kvantinės optikos principas yra naujas būdas panaudoti kvantinės mechanikos savybes ir dėsnius informacijos apdorojimui ir perdavimui. Šis naujas būdas gali padėti mums pasiekti efektyvesnių ir galingesnių informacijos apdorojimo ir skaičiavimo galimybių, taip pat padėti mums geriau suprasti ir panaudoti šviesos elgseną.
Kvantiniame skaičiavime kaip pagrindinį skaičiavimo vienetą naudojame kvantinį bitą, kuris turi ypatingą savybę vienu metu būti dviejose būsenose – 0 ir 1, o tai vadinama superpozicijos būsena. Naudodami šią superpozicijos būsenos savybę, galime atlikti efektyvesnį ir galingesnį informacijos apdorojimą ir skaičiavimą.
O kvantinėje optikoje mes tiriame šviesos elgesį ir savybes kvantiniu lygmeniu. Tokie reiškiniai kaip šviesos dalelių prigimtis, trukdžiai ir šviesos difrakcija gali būti aprašyti kvantinės mechanikos kalba. Atlikdami šiuos tyrimus galime geriau suprasti šviesos elgseną ir panaudoti šį supratimą kurdami naujas technologijas ir programas.
Todėl mokslininkų grupė panaudojo kvantinės fizikos koncepcijas, kad ištirtų nepusiausvyros būsenas magnetinėse medžiagose, tuo pačiu parodydama pagrindinę idėją, kad magnetai gali reaguoti į šviesą per trumpą laiką. Esant pakankamai stipriems ultratrumpiems lazerio impulsams, įmagnetinimas gali reaguoti per optinį periodą, todėl tereikia atsižvelgti į LLG lygtį (LLG lygtis yra pagrindinė lygtis, apibūdinanti magnetų dinaminį elgesį, plačiai naudojama magnetizme, elektromagnetizme, ir kiti laukai.) optiniame magnetiniame lauke galima pasiekti optinį įmagnetinimo valdymą.
Ši išvada turi didelę revoliucinę reikšmę ir atveria kelią optiškai valdomų didelės spartos saugojimo technologijų, ypač magnetorezistyviosios laisvosios kreipties atminties (MRAM) ir naujoviškų optinių jutiklių, kūrimui.