Teadlased leidsid viisi, kuidas muuta materjalides aatompaigutust ja muuta nende magneetilisi omadusi ülilühikeste terahertsiliste laserimpulssidega ilma materjali kuumutamata. Ehkki see saavutus on hetkel pelgalt teadusalane huvi, väidavad uurijad, et see uus lähenemine võib lõpuks aidata kaasa ülikiirete, madala energiavajadusega arvuti mälukiipide või andmevahetusseadmete välja arendamisele.
Töötades SLAC’i Riiklikus Kiirendilaboratooriumis lineaarse koherentse valgusallikaga (Linear Coherent Light Source – LCLS), sihtisid teadlased intensiivseid, 130-femtosekundi pikkuseid terahertsvalguse impulsse manganiidi näidistele. Manganiit on keeruline mangaanoksiidi ühendklass, millel on mitmeid väärtuslikke elektroonilisi ja magneetilisi omadusi, kirjutab Physorg.com.
Graafik kujutab ülilühikest teraherts-valguse impulssi (kollane nool), mis muundab mangaani kristallvõret. Kohal, kus valgus tabab võret, muutub manganiidi (sinine) ja hapniku (punane) teemandisarnase kujuga korrastus rohkem ruudu sarnaseks. Moondus muudab ka aine magnetomadusi – see on graafikul märgitud mangaani aatomite kohal olevate punase ja sinise noole suunaga. LCLS röntgenkiirte laserimpulsside ülilühike kestus ja kõrge intensiivsus võimaldas uurijate meeskonnal võtta nii stoppseisunditest kui „tegevusest“ kuvandeid, mida kasutatakse aine muudetud magnetismi mõõtmiseks. Pilt: Jörg Harms, Max-Plancki Struktuurilise Dünaamika osakond, Vaba Elektron-laserteaduse keskus.
Ehkki iga valgusvihuga aine aatomid „värisesid“ ja vahetasid asukohta, muutus tahkise üldtemperatuur vaid vaevumärgatavalt. Seejärel kasutasid teadlased LCLS’i pehme röntgen-aineteaduse (Soft X-ray Materials Science) instrumendi röntgen-laserimpulsse, et mõõta aine muudetud magnetismi.
Kiire valgusega esile kutsutud manganiidi magnetismi lülitumisest on teatud juba mitmeid aastaid, väitis füüsik Michael Fröst, üks käesoleva rahvusvahelise uurimustöö grupi juhte. Varem kasutati selle lülituse käivitamiseks aga peaaegu nähtavaid kõrge energiaga lasereid, mis kuumutasid aineid. Seega olid potentsiaalsed rakendused piiratud. Uusimad LCLS’i eksperimendid kinnitasid, et terahertsvalgus muudab vaid võret niipalju, et muuta elektroonilisi ja magneetilisi omadusi, ning ei tekita lisakuumust.
„Me naaseme LCLS’i hiljem sellel aastal, et kasutada röntgenkiirguse (X-ray Pump Probe) instrumenti terahertsvalguse poolt esile kutsutud aatomite ümberpaigutamise otseseks mõõtmiseks,“ sõnas Fröst. Viimastel aastatel kasutas sama MPSD teadlaste grupp tetrahertsvalguse impulsse, et raputada aineid ülijuhtivasse seisundisse ja muuta isolaatoreid metallideks.
Tulevastes uurimustöödes proovitakse uurida seda fenomeni sügavuti ning alustada rakenduste jaoks vajalike võimekuste arendamist, näiteks tagasipööratava lülituse tehnikaid; aineid, mis võivad lülitada magneetilisust toatemperatuuril või kõrgemal; ning kiipidel kasutamiseks sobivaid laserallikaid.
Teadusartikkel: „Driving magnetic order in a manganite by ultrafast lattice excitation“
Leave a Reply