Η επιστήμη των υλικών έκανε ένα εντυπωσιακό βήμα μπροστά: ερευνητές του Tohoku University αποκάλυψαν τις ιδιότητες ενός νέου τύπου μαγνήτη που μπορεί να επηρεάζει τον φωτισμό με τρόπους που θυμίζουν μαγεία. Πρόκειται για τους λεγόμενους «altermagnets», μια πρόσφατα προτεινόμενη τρίτη κατηγορία μαγνητικών υλικών, τα οποία δεν εμφανίζουν καθαρή μαγνήτιση όπως οι παραδοσιακοί σιδηρομαγνήτες ή οι αντισιδηρομαγνήτες, αλλά μπορούν να αλλάξουν την πόλωση του ανακλώμενου φωτός.
Οι altermagnets είχαν μείνει μέχρι πρόσφατα μυστήριο για τους επιστήμονες, κυρίως επειδή οι συμβατικές οπτικές τεχνικές δεν μπορούσαν να τους μελετήσουν επαρκώς. Όπως εξηγεί ο Satoshi Iguchi, επίκουρος καθηγητής στο Institute for Materials Research της Tohoku University,
Σε αντίθεση με τους τυπικούς μαγνήτες που έλκονται μεταξύ τους, οι altermagnets δεν εμφανίζουν καθαρή μαγνήτιση, αλλά μπορούν να επηρεάσουν την πόλωση του φωτός που ανακλάται. Αυτό τα καθιστά δύσκολα στη μελέτη με παραδοσιακές μεθόδους.
Για να ξεπεράσουν αυτό το πρόβλημα, ο Iguchi και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν μια νέα γενική εξίσωση για την αντανάκλαση του φωτός, βασισμένη στις εξισώσεις του Maxwell, και την εφάρμοσαν σε έναν οργανικό κρύσταλλο, τον κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl. Η μέθοδος αυτή επέτρεψε την ακριβή μέτρηση του μαγνητο-οπτικού φαινομένου Kerr (MOKE) και την εξαγωγή του εκτός διαγώνιας φασματικής αγωγιμότητας του υλικού, παρέχοντας λεπτομερείς πληροφορίες για τις μαγνητικές και ηλεκτρονικές του ιδιότητες.
Η ομάδα πέτυχε να χαρτογραφήσει τρία βασικά χαρακτηριστικά στον φάσμα του υλικού. Αυτά περιλαμβάνουν αιχμές στα άκρα που υποδεικνύουν διαχωρισμό ζώνης spin, μια πραγματική συνιστώσα συνδεδεμένη με παραμόρφωση του κρυστάλλου και πιεζομαγνητικά φαινόμενα, και μια φανταστική συνιστώσα που σχετίζεται με περιστροφικά ρεύματα. Τα ευρήματα αυτά επιβεβαιώνουν όχι μόνο την αλτερμαγνητική φύση του υλικού, αλλά και την αποτελεσματικότητα της νέας οπτικής μεθόδου που αναπτύχθηκε.
Η ανακάλυψη ανοίγει νέους δρόμους για την έρευνα του μαγνητισμού σε ευρύτερη κατηγορία υλικών, ιδιαίτερα οργανικών ενώσεων, ενώ θέτει τα θεμέλια για την ανάπτυξη μελλοντικών μαγνητικών συσκευών υψηλής απόδοσης που θα είναι ταυτόχρονα ελαφριές και ευέλικτες. Οι ελαφριές, ευέλικτες και υψηλής απόδοσης μαγνητικές συσκευές αποτελούν στόχο πολλών βιομηχανιών, από την ηλεκτρονική μέχρι τις τηλεπικοινωνίες, και η δυνατότητα ελέγχου της συμπεριφοράς του φωτός μέσω altermagnets μπορεί να δώσει νέες λύσεις για προηγμένες εφαρμογές, όπως αισθητήρες, οπτικά συστήματα και ενεργειακά αποδοτικά εξαρτήματα.
Η μέθοδος που ανέπτυξε η ομάδα βασίζεται σε γενικές αρχές Φυσικής, επιτρέποντας τη μελέτη όχι μόνο του συγκεκριμένου οργανικού κρυστάλλου, αλλά και άλλων υλικών με χαμηλή κρυσταλλική συμμετρία. Αυτή η ευελιξία σημαίνει ότι οι ερευνητές πλέον μπορούν να διερευνήσουν μια μεγάλη ποικιλία υλικών, ενισχύοντας την κατανόηση της μαγνητικής συμπεριφοράς σε οργανικά και ανόργανα συστήματα.
Σύμφωνα με τον Iguchi, η ανακάλυψη αυτή δεν περιορίζεται στη βασική έρευνα. «Ανοίγει τον δρόμο για την ανάπτυξη μαγνητικών συσκευών που είναι ελαφριές, ευέλικτες και υψηλής απόδοσης». Η δυνατότητα ελέγχου της πόλωσης του φωτός με υλικά χωρίς καθαρή μαγνήτιση μπορεί να οδηγήσει σε τεχνολογίες που μέχρι τώρα θεωρούνταν αδύνατες.
Διαβάστε επίσης
Με αυτή την ανακάλυψη, οι altermagnets μετατρέπονται από θεωρητική πρόταση σε πρακτική πραγματικότητα. Η επιβεβαίωση των μαγνητικών τους ιδιοτήτων μέσω προηγμένων οπτικών τεχνικών αποτελεί σημαντικό ορόσημο για την επιστήμη των υλικών και υποδεικνύει νέες κατευθύνσεις για εφαρμογές σε προηγμένα μαγνητικά συστήματα και οπτικές τεχνολογίες του μέλλοντος.
Η έρευνα δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Physical Review Research και αναμένεται να εμπνεύσει περαιτέρω μελέτες γύρω από την αλτερμαγνητική συμπεριφορά και τις δυνατότητες εφαρμογής της σε νέα, ελαφριά και υψηλής απόδοσης μαγνητικά συστήματα.
[via]
