یک فراماده جدید می‌تواند نور را به دام بیندازد تا ۱۰ برابر بیشتر مغناطیسی شود؛ چنین پدیده‌ای می‌تواند به توسعه لیزرهای مغناطیسی و دستگاه‌های دارای حافظه مغناطیسی نوری کمک کند.
به گزارش ایسنا و به‌نقل از آی‌ای، یک مطالعه که توسط گروهی از پژوهشگران کالج شهری نیویورک انجام شده است، نشان داد که به دام انداختن نور در مواد مغناطیسی خواص ذاتی آن را افزایش می‌دهد.
این کار از آنجایی اهمیت پیدا می‌کند که توسعه لیزرهای مغناطیسی، دستگاه‌های حافظه‌دار مغناطیسی-اپتیکی و برنامه‌های انتقال کوانتومی آینده، همگی به آهن رباهایی که واکنش‌های خالص نوری دارند، وابسته هستند.
این مطالعه که توسط وینود منون(Vinod Menon) و گروه پژوهشی او در کالج شهری نیویورک(CCNY) رهبری شد، در مجله «نیچر»(Nature) منتشر شده است.
حاصل کار این گروه، یک فراماده است که از کروم، گوگرد و برم ساخته شده و متعلق به طبقه‌ای است که به‌عنوان مواد مغناطیسی واندروالسی شناخته می‌شود.
این ابررسانای مغناطیسی حاوی اکسیتون‌های متصل به هم که شبه ذرات نامیده می‌شوند با برهمکنش‌های نوری قوی است؛ به همین دلیل، این ماده توانایی جذب نور را به خودی خود دارد.
این پژوهش نشان می‌دهد که حساسیت‌های نوری این ماده به رویدادهای مغناطیسی چند برابر بیشتر از آهنرباهای معمولی است.
دکتر فلوریان دیرنبرگر(Florian Dirnberger) نویسنده اصلی این مطالعه در بیانیه‌ای گفت: از آنجایی که نور درون آهنربا به جلو و عقب می‌رود، برهمکنش‌های آن به شدت افزایش می‌یابد. برای مثال، وقتی یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال می کنیم، بازتاب نور نزدیک به فروسرخ بسیار تغییر می‌کند و اساساً ماده رنگ خود را تغییر می‌دهد. این یک واکنش مغناطیسی اپتیکی بسیار قوی است.
پدیده‌ای نادر
کنترل پدیده‌های الکترومغناطیسی، هسته‌ی اصلی فناوری مدرن است؛ شما روی آهن‌رباها، نور، الکتریسیته، ذرات باردار یا هر ترکیبی از این‌ها کنترل دارید. از آنجایی که موقعیت‌های زیادی وجود ندارد که نور و مغناطیس به این شدت با هم تعامل داشته باشند، بسیاری از سیستم‌های مغناطیسی نوری نیاز به تشخیص نور با حساسیت بالا دارند.
وینود منون سرپرست این پژوهش و پروفسور CCNY می‌گوید: معمولاً نور به شدت به مغناطیس واکنش نمی‌دهد؛ به همین دلیل است که کاربردهای فناوری مبتنی بر اثرات مغناطیسی نوری اغلب به اجرای طرح‌های تشخیص نوری حساس نیاز دارند.
در مقابل، پژوهشگران متوجه شدند که وقتی نور وارد این فراماده جدید می‌شود، برهمکنش با اکسیتون‌ها را به گونه‌ای بروز می‌دهد که گویی داخل آن به دام افتاده است. این باعث می‌شود ۱۰ برابر مغناطیسی‌تر شود.
رزلیند بوشاتی(Rezlind Bushati) دانشجوی کارشناسی ارشد در گروه پژوهشی منون می‌گوید: کاربردهای فناوری مواد مغناطیسی امروزه بیشتر به پدیده‌های مغناطیسی-الکتریکی مربوط می‌شود. با توجه به چنین برهمکنش‌های قوی بین مغناطیس و نور، اکنون می‌توانیم امیدوار باشیم که روزی لیزرهای مغناطیسی بسازیم و می‌توانیم مفاهیم قدیمی حافظه مغناطیسی با کنترل نوری را مورد بازنگری قرار دهیم.
گفتنی است که دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی ایالات متحده، بخش تحقیقات مواد بنیاد ملی علوم آمریکا(NSF)، دارپا و بنیاد تحقیقات آلمان بودجه تحقیقات این گروه را تأمین کرده‌اند.
در چکیده این مطالعه آمده است: کنترل مواد کوانتومی با نور از اهمیت اساسی و تکنولوژیک برخوردار است؛ با استفاده از جفت شدن قوی نور و ماده در حفره‌های نوری، مطالعات اخیر توانستند برخی از مشخص‌ترین ویژگی‌های آنها را اصلاح کنند. در اینجا ما خواص مغناطیسی نوری یک آهن‌ربای واندروالسی را مطالعه می‌کنیم که از جفت شدن قوی فوتون‌ها و اکسیتون‌ها حتی در غیاب آینه‌های حفره خارجی پشتیبانی می‌کند. در این ماده(نیمه هادی مغناطیسی لایه‌ای CrSBr) هیبریدهای نور-ماده به نام پلاریتون(polaritons) نشان داده شده است که به طور قابل‌ملاحظه‌ای پهنای باند طیفی همبستگی بین خواص مغناطیسی، الکترونیکی و نوری را افزایش می‌دهد و پاسخ‌های نوری تا حد زیادی قابل تنظیم به میدان‌های مغناطیسی و میگنون‌ها را امکان‌پذیر می‌کند. نتایج ما اهمیت هیبریداسیون خود به خودی اکسایتون-فوتون در آهن‌رباهای واندروالسی را برجسته می‌کند و راه‌های جدیدی را برای دستکاری خواص مواد کوانتومی توسط جفت‌شدگی قوی نور-ماده ایجاد می‌کند.