KBFI teadlased Urmas Nagel ja Toomas Rõõm koostöös Ungari, Jaapani ja Hollandi teadlastega on avastanud uue optilise nähtuse kasutades haruldast eksperimentaalset seadet Tallinnas, kus optiline spektroskoopia on ühildatud tugevate magnetväljadega. Avastus, mis võib olla aluseks uutele suundumustele fotoonikas ja infomatsioonitehnoloogias, on avaldatud ajakirjas Nature Communications.
Materjalid, mida rühm uuris Ungari teadlase István Kézsmárki juhtimisel, on samaegselt ferroelektrilised ja ferromagnetilised (vaata ka http://www.fyysika.ee/uudised/?p=33315 ja http://www.fyysika.ee/uudised/?p=30079 ). Sellised multiferroidsed materjalid on hetkel teravdatud tähelepanu all materjaliteaduses ja füüsikas, sest mõned neist on multiferroidsed isegi toatemperatuuril ning võivad olla aluseks uutele mäluseadmetele. Sellistes mäludes oleksid ühendatud parimad ferroelektriliste ja ferromagnetiliste mälude omadused: väikese energiakuluga ja kiire kirjutamine elektriväljaga ning salvestatud magnetilise seisundi lugemine magnetresistiivselt. Artiklis näidatakse, et optiliste meetoditega saab täiendavat teavet multiferroidesete materjalide toimimisest, mida omakorda saab kasutada suunistena uute mälumaterjalide sünteesil.
Tavaliselt neelab aine vastassuunas levivaid valguskimpe ühesuguse tugevusega, kuid samas võib neeldumine sõltuda tugevalt valguse polarisatsioonist. Neeldumistegurite erinevust kahele ristisele lineaarsele polarisatisioonile nimetatakse dikroismiks ning see omadus leiab näiteks kasutust vedelkristallekraanides.
Uurijad leidsid, et multiferroikus sõltub valguse neeldumine mitte ainult valguse polarisatsioonist vaid on ka erinev sama polarisatsiooniga, kuid vastassuunas levivatele valguskimpudele. Nad nimetavad seda uut nähtust kvadrokroismiks, sest multiferroidne keskkond eristab nelja footoni omadust, kaht polarisatsiooni ja kaht levikusuunda. Neeldumistegurite suur erinevus vastassuunas levivatele valguskimpudele võmaldab teha multiferroikutest valguse suundlüliteid, mis leiaksid kasutust fotoonikas. Tõepoolest, mitmes multiferroikus leidsid nad ühesuunalise läbipaistvuse, see on neeldumiseta levik ühes suunas ja peaaegu täielik neeldumine vastassuunas levivale valgusele. Nad näitasid, et ühesuunaline läbipaistvus on otseselt seotud staatilise magnetelektrilise vastasmõjuga, mis on oluline suurus uudesete multiferroikutel põhinevate mäluseadmete töös.
Nature Communications artikli tulemused suunavad multiferroidsete materjalide otsinguid valguse suundlülitite ja magnetelektriliste mälude valmistamiseks.
Multiferroikutes, tänu dünaamilisele magnetelektrilisele vastasmõjule magnetmomentide ja elektrilaengute vahel, on magnetmomendi (roheline nool) ja elektrilise polarisatsiooni (punane nool) võnked teineteisega seotud. Ka valgus kui elektromagnetväli kannab endaga kaasas võnkuvat elektri- ja magnetvälja. Tänu sellisele magnetiliste ja elektriliste võngete läbipõimumisele ühes suunas leviv valgus (kollane nool paremale) neeldub, sest ergastab võnkeid, ning vastassuunas leviv valgus (kollane nool vasakule) läbib multiferroiku võnkeid ergastamata, ehk kadudeta.
Allikas: I. Kézsmárki, D. Szaller, S. Bordács, V. Kocsis, Y. Tokunaga, Y Taguchi, H. Murakawa, Y. Tokura, H. Engelkamp, T. Rõõm & U. Nagel, ’’One-way transparency of four-coloured spin-wave excitations in multiferroic materials’’, Nat. Commun. 5 (2014), doi:10.1038/ncomms4203
Leave a Reply