Ученые объяснили, как с помощью лазера им удалось раскрыть скрытую сторону двух самых ценных для нас вещей — золота и меди. Подробнее... — neowin.net
Группа ученых нашла способ обнаруживать очень слабые магнитные сигналы в обычных металлах, таких как медь, золото и алюминий, используя только свет и усовершенствованную методику. Их исследование, опубликованное в Nature Communications, демонстрирует, как то, что когда-то считалось невидимым, теперь можно измерить.
Эффект Холла, открытый почти 150 лет назад, объясняет, как электрические токи отклоняются под воздействием магнитного поля. В магнитных материалах, таких как железо, этот эффект силен. Однако в немагнитных металлах эффект значительно слабее. Смежная концепция, оптический эффект Холла, предположительно существовала, но была слишком неуловимой, чтобы ее можно было обнаружить с помощью видимого света.
«Это было похоже на попытку услышать шепот в шумной комнате на протяжении десятилетий, — сказал профессор Амир Капуа из Еврейского университета. — Все знали, что шепот существует, но у нас не было достаточно чувствительного микрофона, чтобы его услышать».
Команда, возглавляемая аспирантом Надавом Ам Шаломом и профессором Капуа, работала с коллегами из Института Вейцмана, Университета штата Пенсильвания и Манчестерского университета. Они сосредоточились на том, как измерять эти крошечные магнитные эффекты в металлах, которые в повседневной жизни не ведут себя как магниты.
«Можно подумать, что такие металлы, как медь и золото, с магнитной точки зрения «тихие» — они не прилипают к холодильнику, как железо, — пояснил профессор Капуа. — Но на самом деле, при правильных условиях, они реагируют на магнитные поля — просто крайне незначительным образом».
Чтобы это стало возможным, исследователи усовершенствовали метод, называемый магнитооптическим эффектом Керра (MOKE). Эта техника использует лазер для наблюдения за тем, как магнетизм изменяет отражение света. Используя синий лазер с длиной волны 440 нанометров и сильную модуляцию внешнего магнитного поля, они повысили чувствительность, достаточную для обнаружения сигналов в меди, золоте, алюминии, тантале и платине.
Команда отметила, что аномальный эффект Холла в ферромагнетиках намного сильнее обычного эффекта Холла, что делает оптический эффект Холла еще более слабым, чем MOKE. Вот почему его было так трудно обнаружить на длинах волн видимого света. Их обновленный метод MOKE наконец преодолел этот барьер.
Результаты частично совпали с лоренцево-друдеевской теорией, которая описывает, как электроны реагируют на электромагнитные поля. Однако данные также показали вклад динамики плазмы и межзонных переходов, что означает, что поведение было более сложным, чем могла объяснить одна лишь теория.
Еще одним неожиданным открытием стало то, что «шум» в их измерениях не был случайным. Вместо этого он масштабировался в соответствии со спин-орбитальным взаимодействием металлов — свойством, которое связывает движение электронов с их вращением. Это было связано с усилением затухания Гилберта, которое описывает, как магнитная энергия рассеивается в материалах. Исследователи пришли к выводу, что шум возникает из-за оптических взаимодействий со спинами, опосредованных спин-орбитальным взаимодействием.
«Это похоже на открытие того, что помехи на радио — это не просто интерференция, а кто-то шепчет ценную информацию, — сказал Ам Шалом. — Теперь мы используем свет, чтобы «слушать» эти скрытые послания от электронов».
Новый метод избавляет от необходимости подключать провода к устройствам, что затруднительно в очень малых масштабах. Вместо этого требуется только направить лазер, что делает его проще и менее инвазивным.
Последствия широки: от магнитной памяти и спинтроники до квантовых вычислений. Поскольку техника не требует экстремального охлаждения или очень больших магнитов, ее можно шире применять в инженерии и материаловедении.
«Это исследование превращает научную проблему, которой почти 150 лет, в новую возможность», — сказал профессор Капуа. Он вспомнил, что Эдвин Холл, открывший эффект Холла в 1881 году, пытался измерить его с помощью света, но потерпел неудачу. Холл писал: «Я думаю, что если бы действие серебра было в десять раз слабее, чем у железа, эффект был бы обнаружен. Никакого подобного эффекта не наблюдалось».
Настроив свою систему на правильную частоту, команда добилась того, чего не смог Холл, открыв новый способ изучения поведения электронов в металлах, которые когда-то считались магнитно безмолвными.
Источник: Еврейский университет в Иерусалиме, Nature
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях освещения новостей. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Facebook*, Instagram* и WhatsApp* принадлежат компании Meta* Platforms Inc., деятельность которой признана экстремистской и запрещена на территории Российской Федерации.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen