Ученые используют свет для визуализации магнитных доменов в квантовых материалах

Новости сегодня - Ученые используют свет для визуализации магнитных доменов в квантовых материалах

Когда что-то притягивает нас как магнит, мы присматриваемся. Когда магниты притягивают физиков, они смотрят квантовым взглядом. Ученые из Университета Осаки и Токийского университета успешно использовали свет для визуализации крошечных магнитных областей, известных как магнитные домены, в специализированном квантовом материале. Их исследование было опубликовано в Physical Review Letters.

Более того, они успешно манипулировали этими областями с помощью приложения электрического поля. Их открытия предлагают новое понимание сложного поведения магнитных материалов на квантовом уровне, прокладывая путь для будущих технологических достижений.

Большинство из нас знакомы с магнитами, которые прилипают к металлическим поверхностям. Но что насчет тех, которые этого не делают? Среди них есть антиферромагнетики, которые стали основным направлением разработчиков технологий по всему миру.

Антиферромагнетики — это магнитные материалы, в которых магнитные силы, или спины, направлены в противоположных направлениях, нейтрализуя друг друга и приводя к отсутствию чистого магнитного поля. Следовательно, эти материалы не имеют четко выраженных северного и южного полюсов и не ведут себя как традиционные ферромагнетики.

Антиферромагнетики, особенно те, которые обладают квазиодномерными квантовыми свойствами (то есть их магнитные характеристики в основном ограничиваются одномерными цепочками атомов), считаются потенциальными кандидатами для электроники и устройств памяти следующего поколения.

Однако особенность антиферромагнитных материалов заключается не только в отсутствии у них притяжения к металлическим поверхностям, и изучение этих многообещающих, но сложных материалов — непростая задача.

«Наблюдение магнитных доменов в квазиодномерных квантовых антиферромагнитных материалах было затруднено из-за их низких температур магнитного перехода и малых магнитных моментов », — сказал Кента Кимура, доцент Университета Осаки и ведущий автор исследования.

Магнитные домены — это небольшие области внутри магнитных материалов, где спины атомов выстраиваются в одном направлении. Границы между этими доменами называются доменными стенками.

Поскольку традиционные методы наблюдения оказались неэффективными, исследовательская группа творчески подошла к квазиодномерному квантовому антиферромагнетику BaCu 2 Si 2 O 7 . Они воспользовались невзаимным направленным дихроизмом — явлением, при котором поглощение света материалом изменяется при изменении направления света или его магнитных моментов.

Это позволило им визуализировать магнитные домены внутри BaCu2Si2O7 , показав, что противоположные домены сосуществуют внутри одного кристалла , и что их доменные стенки в основном выровнены вдоль определенных атомных цепочек или спиновых цепочек.

«Увидеть — значит поверить, а понимание начинается с прямого наблюдения », — сказал Кимура. «Я в восторге от того, что мы смогли визуализировать магнитные домены этих квантовых антиферромагнетиков с помощью простого оптического микроскопа».

Команда также продемонстрировала, что эти доменные стенки можно перемещать с помощью электрического поля благодаря явлению, называемому магнитоэлектрической связью, где магнитные и электрические свойства взаимосвязаны. Даже при перемещении доменные стенки сохраняли свое первоначальное направление.

«Этот метод оптической микроскопии прост и быстр, и в будущем он потенциально позволит визуализировать движущиеся доменные стенки в реальном времени», — сказал Кимура.

Это исследование знаменует собой значительный шаг вперед в понимании и манипулировании квантовыми материалами, открывая новые возможности для технологических приложений и исследуя новые горизонты в физике, которые могут привести к разработке будущих квантовых устройств и материалов.

«Применение этого метода наблюдения к различным квазиодномерным квантовым антиферромагнетикам может дать новое представление о том, как квантовые флуктуации влияют на формирование и движение магнитных доменов, что поможет в разработке электроники следующего поколения с использованием антиферромагнитных материалов», — сказал Кимура.

Новости партнеров: