Ученые ловят свет внутри магнита

Городской колледж Нью-Йорка, 20 августа 2023 г.

Ученые обнаружили, что улавливание света в некоторых магнитных материалах может значительно улучшить их внутренние свойства. В их исследовании изучался особый слоистый магнит, способный содержать мощные экситоны, что позволяет ему независимо улавливать свет. Оптические реакции этого материала на магнитные явления значительно сильнее, чем у обычных магнитов.

Исследователи обнаружили, что улавливание света в определенных магнитных материалах может значительно улучшить их свойства, предлагая потенциальные инновации, такие как магнитные лазеры, и свежий взгляд на оптически управляемую магнитную память.

Инновационное исследование, проведенное Винодом М. Меноном и его командой в Городском колледже Нью-Йорка, показывает, что улавливание света внутри магнитных материалов может значительно улучшить их внутренние свойства. Эти усиленные оптические реакции в магнитах открывают путь для инноваций в магнитных лазерах, устройствах магнитооптической памяти и даже в новых приложениях квантовой трансдукции.

Как подробно описано в их новой статье, опубликованной 16 августа в журнале Nature, Менон и его команда исследовали свойства слоистого магнита, в котором находятся сильно связанные экситоны — квазичастицы с особенно сильными оптическими взаимодействиями. Благодаря этому материал сам по себе способен улавливать свет. Как показывают их эксперименты, оптические реакции этого материала на магнитные явления на порядки сильнее, чем у типичных магнитов.

Свет, пойманный внутри магнитного кристалла, может сильно усилить его магнитооптические взаимодействия. Фото: Резлинд Бушати.

«Поскольку свет отражается взад и вперед внутри магнита, взаимодействие действительно усиливается», — сказал доктор Флориан Дирнбергер, ведущий автор исследования. «Приведем пример: когда мы применяем внешнее магнитное поле, отражение света в ближнем инфракрасном диапазоне изменяется настолько, что материал практически меняет свой цвет. Это довольно сильный магнитооптический отклик».

«Обычно свет не так сильно реагирует на магнетизм», — сказал Менон. «Вот почему технологические приложения, основанные на магнитооптических эффектах, часто требуют реализации чувствительных схем оптического обнаружения».

О том, какую пользу эти достижения могут принести обычным людям, соавтор исследования Цзямин Цюань отметил: «Сегодняшние технологические применения магнитных материалов в основном связаны с магнитоэлектрическими явлениями. Учитывая такое сильное взаимодействие между магнетизмом и светом, теперь мы можем надеяться, что однажды создадим магнитные лазеры и сможем пересмотреть старые концепции оптически управляемой магнитной памяти».

Ссылка: «Магнитооптика в магните Ван-дер-Ваальса, настроенном самогибридизированными поляритонами», Флориан Дирнбергер, Цзямин Цюань, Резлинд Бушати, Джеффри М. Дидерих, Матиас Флориан, Джулиан Кляйн, Ксения Мосина, Зденек Софер, Сяодун Сюй, Акашдип Камра, Франсиско Х. Гарсиа-Видаль, Андреа Алу и Винод М. Менон, 16 августа 2023 г., Nature.DOI:10.1038/s41586-023-06275-2

Резлинд Бушати, аспирант группы Менона, также внес свой вклад в экспериментальную работу.

The study conducted in close collaboration with Andrea Alù and his group at CUNY Advanced Science Research Center is the result of a major international collaboration. Experiments conducted at CCNY and ASRC were complemented by measurements taken at the University of WashingtonFounded in 1861, the University of Washington (UW, simply Washington, or informally U-Dub) is a public research university in Seattle, Washington, with additional campuses in Tacoma and Bothell. Classified as an R1 Doctoral Research University classification under the Carnegie Classification of Institutions of Higher Education, UW is a member of the Association of American Universities." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">University of Washington in the group of Prof. Xiaodong Xu by Dr. Geoffrey Diederich. Theoretical support was provided by Dr. Akashdeep Kamra and Prof. Francisco J. Garcia-Vidal from the Universidad Autónoma de Madrid and Dr. Matthias Florian from the University of Michigan. The materials were grown by Prof. Zdenek Sofer and Kseniia Mosina at the UCT Prague and the project was further supported by Dr. Julian Klein at MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT. The work at CCNY was supported through the US Air Force Office of Scientific Research, the National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, the NSF CREST IDEALS center, DARPAFormed in 1958 (as ARPA), the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) is an agency of the United States Department of Defense responsible for the development of emerging technologies for use by the military. DARPA formulates and executes research and development projects to expand the frontiers of technology and science, often beyond immediate U.S. military requirements, by collaborating with academic, industry, and government partners." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"DARPA, and the German Research Foundation./p>