НОВОСТИ: IT-технологии | Наука | Образование

Освещение квантового мира: свет раскрывает скрытые магнитные домены

2024-10-18 19:07 Наука Научные исследования
Ученые добились значительных успехов в визуализации и манипулировании крошечными магнитными областями в квантовых материалах с помощью света.

Этот прорыв не только углубляет понимание магнитных материалов на квантовом уровне, но и способствует разработке электроники и запоминающих устройств следующего поколения за счет изучения антиферромагнетиков, обладающих уникальными свойствами, которые делают их идеальными для таких применений.

Квантовый магнетизм

Когда что-то притягивает нас как магнит, мы смотрим внимательнее. Когда магниты притягивают физиков, они смотрят квантовым взглядом.

Исследователи из Университета Осаки и Токийского университета добились успехов в использовании света для визуализации и манипулирования небольшими магнитными областями, называемыми магнитными доменами в квантовом материале. Применяя электрическое поле, они смогли управлять этими областями, что расширило наше понимание магнитных материалов на квантовом уровне и проложило путь для будущих технологических достижений.

Хотя многие из нас знакомы с магнитами, которые прилипают к металлическим поверхностям, есть и другие типы, такие как антиферромагнетики, которые этого не делают. Они привлекли значительный интерес разработчиков технологий по всему миру.

Проблемы изучения квантовых антиферромагнетиков

Антиферромагнетики — это магнитные материалы, в которых магнитные силы, или спины, направлены в противоположных направлениях, нейтрализуя друг друга и приводя к отсутствию чистого магнитного поля. Следовательно, эти материалы не имеют четко выраженных северного и южного полюсов и не ведут себя как традиционные ферромагнетики.

Антиферромагнетики, особенно те, которые обладают квазиодномерными квантовыми свойствами — то есть их магнитные характеристики в основном ограничены одномерными цепочками атомов — считаются потенциальными кандидатами для электроники и запоминающих устройств следующего поколения. Однако отличительная черта антиферромагнитных материалов заключается не только в отсутствии притяжения к металлическим поверхностям, и изучение этих многообещающих, но сложных материалов — непростая задача.
«Наблюдение магнитных доменов в квазиодномерных квантовых антиферромагнитных материалах было затруднено из-за их низких температур магнитного перехода и малых магнитных моментов», — сказал Кента Кимура, доцент Университета Осаки Метрополитен и ведущий автор исследования.

Новые методы наблюдения за квантовыми материалами

Магнитные домены — это небольшие области внутри магнитных материалов, где спины атомов выстраиваются в одном направлении. Границы между этими доменами называются доменными стенками.

Поскольку традиционные методы наблюдения оказались неэффективными, исследовательская группа творчески взглянула на квазиодномерный квантовый антиферромагнетик BaCu 2 Si 2 O 7. Они воспользовались невзаимным направленным дихроизмом — явлением, при котором поглощение света материалом изменяется при изменении направления света или его магнитных моментов. Это позволило им визуализировать магнитные домены внутри BaCu 2 Si 2 O 7 , обнаружив, что противоположные домены сосуществуют в одном кристалле, и что их доменные стенки в основном выровнены вдоль определенных атомных цепочек или спиновых цепочек.

Визуализация и манипулирование квантовыми доменами

«Увидеть — значит поверить, а понимание начинается с прямого наблюдения», — сказал Кимура. «Я в восторге, что мы смогли визуализировать магнитные домены этих квантовых антиферромагнетиков с помощью простого оптического микроскопа».
Команда также продемонстрировала, что эти доменные стенки можно перемещать с помощью электрического поля благодаря явлению, называемому магнитоэлектрической связью, где магнитные и электрические свойства взаимосвязаны. Даже при перемещении доменные стенки сохраняли свое первоначальное направление.
«Этот метод оптической микроскопии прост и быстр, и в будущем он потенциально позволит визуализировать движущиеся доменные стенки в реальном времени», — сказал Кимура.

Последствия для будущих квантовых технологий

Это исследование знаменует собой значительный шаг вперед в понимании и манипулировании квантовыми материалами, открывая новые возможности для технологических приложений и исследуя новые горизонты в физике, которые могут привести к разработке будущих квантовых устройств и материалов.
«Применение этого метода наблюдения к различным квазиодномерным квантовым антиферромагнетикам может дать новое представление о том, как квантовые флуктуации влияют на формирование и движение магнитных доменов, что поможет в разработке электроники следующего поколения с использованием антиферромагнитных материалов», — сказал Кимура.
Источник: scitechdaily | Теги: квантовый мир, свет, магнитный домен