MIT:n tiimi käytti terahertsilaseria vaikuttaakseen suoraan antiferromagneettisen materiaalin atomeihin. Säätelemällä tarkasti laserin värähtelyjä niin, että ne vastaavat materiaalin atomien luonnollisia värähtelyjä, he pystyivät muuttamaan atomisten spinien suuntautumista, luoden näin uuden magneettisen tilan. Tämä innovatiivinen menetelmä avaa uusia mahdollisuuksia antiferromagneettisten materiaalien hallintaan ja kytkemiseen, mikä on olennaista tuleville informaatioteknologioille.
Toisin kuin ferromagneettisissa materiaaleissa, joissa atomien spinien suuntautuminen on sama, antiferromagneettisissa materiaaleissa spinit vaihtelevat, mikä kumoaa niiden kokonaismagnetoinnin. Tämä ominaisuus tekee antiferromagneettisista materiaaleista välinpitämättömiä ulkoisille magneettikentille, mutta myös vaikeasti käsiteltäviä. Terahertsivalon käyttö mahdollistaa tämän rajoituksen voittamisen, tarjoten uuden tavan hallita näitä materiaaleja.
Tämän löydön mahdolliset sovellukset ovat laajat, erityisesti muistipiirien valmistuksessa. Tiedot voitaisiin tallentaa materiaalin mikroskooppisiin alueisiin, edustaen '0' ja '1' bittejä erityisillä spinien konfiguraatioilla. Tämä teknologia lupaa lisääntynyttä kestävyyttä magneettisia häiriöitä vastaan, alhaisempaa energiankulutusta ja parannettua tallennuskapasiteettia.
Tässä tutkimuksessa käytetty materiaali, FePS3, siirtyy antiferromagneettiseen vaiheeseen kriittisessä lämpötilassa. Innoittamalla materiaalin atomivärähtelyjä terahertsivalolla, tutkijat pystyivät häiritsemään spinien suuntautumista, mikä indusoi uuden magneettisen tilan. Tämä siirtymä kesti useita millisekunteja laserin sammuttamisen jälkeen, tarjoten aikarajan tämän tilan ominaisuuksien tutkimiseen.
Tämä tutkimus avaa uusia tekniikoita kvanttimateriaalien käsittelyyn, ja sillä on mahdollisia vaikutuksia informaatioteknologioihin ja viestintään. Kyky indusoida ja ylläpitää magneettisia tiloja antiferromagneettisissa materiaaleissa voisi johtaa merkittäviin edistysaskeliin datan tallennuksessa ja informaation käsittelyssä.
MIT:n tiimin työt, julkaistu Nature-lehdessä, osoittavat terahertsivalon tehokkuuden antiferromagneettisten materiaalien magneettisten ominaisuuksien käsittelyssä. Tätä lähestymistapaa voitaisiin laajentaa muihin kvanttimateriaaleihin, tarjoten uusia näkymiä perustutkimukseen ja teknologisiin sovelluksiin.
Mitkä ovat terahertsivalon ominaisuudet?
Terahertsivalo sijaitsee sähkömagneettisen spektrin osassa mikroaaltosäteilyn ja infrapunan välillä. Sen taajuudet vaihtelevat 0,1:stä 10 terahertsiin, mikä vastaa aallonpituuksia 3 mm:stä 30 µm:iin.Tämä valo on erityisen kiinnostava tieteelliselle tutkimukselle, koska se voi vaikuttaa materiaalien atomisiin ja molekyylivärähtelyihin. Toisin kuin röntgen- tai ultraviolettisäteily, terahertsivalo ei ionisoi, mikä tarkoittaa, että se ei aiheuta vahinkoa biologisille tai elektronisille materiaaleille.
Terahertsivalon sovellukset ovat laajat, aina lääketieteellisestä kuvantamisesta turvallisuuteen ja langattomiin viestintöihin. Kvanttimateriaalien alalla se tarjoaa ei-invasiivisen menetelmän elektronisten ja magneettisten ominaisuuksien käsittelyyn atomitasolla.
Miksi antiferromagneettiset materiaalit ovat vaikeita käsitellä?
Antiferromagneettiset materiaalit koostuvat atomeista, joiden spinit vaihtelevat, eli ne osoittavat vastakkaisiin suuntiin. Tämä konfiguraatio kumoaa materiaalin kokonaismagnetoinnin, tehden siitä välinpitämättömän ulkoisille magneettikentille.Tämä välinpitämättömyys on sekä etu että haitta. Toisaalta se tekee antiferromagneettisista materiaaleista kestäviä magneettisille häiriöille, mikä on ihanteellista sovelluksille, jotka vaativat suurta vakautta. Toisaalta se tekee näiden materiaalien hallinnasta ja käsittelystä vaikeaa, rajoittaen niiden käyttöä nykyteknologioissa.
MIT:n löytö, joka käyttää terahertsivaloa magneettisen tilan indusoimiseen antiferromagneettisessa materiaalissa, avaa uusia mahdollisuuksia näiden rajoitusten voittamiseen. Säätelemällä tarkasti valon taajuutta niin, että se vastaa materiaalin atomivärähtelyjä, tutkijat pystyivät häiritsemään spinien suuntautumista, luoden näin uuden magneettisen tilan.