Wissenschaftler fangen Licht in einem Magneten ein – und ebnen damit den Weg für technische Innovationen

Forscher haben herausgefunden, dass das Einschließen von Licht in bestimmten magnetischen Materialien deren Eigenschaften erheblich verstärken kann, was potenzielle Innovationen wie magnetische Laser und eine neue Perspektive auf optisch gesteuerte magnetische Speicher ermöglicht.

Eine bahnbrechende Studie von Vinod M. Menon und seinem Team am City College of New York zeigt, dass das Einfangen von Licht in magnetischen Materialien deren intrinsische Eigenschaften erheblich verbessern kann. Diese verstärkten photonischen Wechselwirkungen in Magneten ebnen den Weg für Innovationen bei magnetischen Lasern, magnetooptischen Speichergeräten und sogar bei neuen Quantenteleportationsanwendungen.

Wie in ihrem neuen Artikel beschrieben, der am 16. August in der Zeitschrift veröffentlicht wurde NaturMenon und sein Team untersuchten die Eigenschaften von Schichtmagneten, die hochkorrelierte Exzitonen beherbergen – Quasiteilchen mit besonders starken photonischen Wechselwirkungen. Dadurch ist Materie in der Lage, Licht einzufangen – ganz von alleine. Wie ihre Experimente zeigen, sind die optischen Reaktionen dieses Materials auf magnetische Phänomene stärker als die typischer Magnete.

In einem magnetischen Kristall eingeschlossenes Licht kann dessen magnetooptische Wechselwirkungen stark verstärken. Bildnachweis: Rezlind Bushati

„Da das Licht im Inneren des Magneten hin und her reflektiert wird, werden die Wechselwirkungen wirklich verstärkt“, sagte Dr. Florian Dernberger, Erstautor der Studie. „Um ein Beispiel zu nennen: Wenn wir ein externes Magnetfeld anlegen, ändert sich das Reflexionsvermögen von Licht im nahen Infrarot stark und das Material ändert grundsätzlich seine Farbe. Das ist eine sehr starke magnetooptische Reaktion.“

„Normalerweise reagiert Licht nicht stark auf Magnetismus“, sagte Menon. „Aus diesem Grund erfordern technologische Anwendungen, die auf magnetooptischen Effekten basieren, häufig die Implementierung empfindlicher optischer Detektionssysteme.“

Jimin Kwan, Co-Autor der Studie, bemerkte dazu, wie Fortschritte den einfachen Menschen zugute kommen können: „Technologische Anwendungen magnetischer Materialien werden heute meist mit elektromagnetischen Phänomenen in Verbindung gebracht. Angesichts dieser starken Wechselwirkungen zwischen Magnetismus und Licht können wir nun hoffen, eines Tages Laser zu entwickeln.“ magnetisch und wir könnten alte Vorstellungen vom optisch kontrollierten magnetischen Gedächtnis überdenken.

Referenz: „Magnetic Optics in Van der Waals Magnets Tuned by Self-Hybridized Polarities“ von Florian Dernberger, Jimin Cowan, Rislind Bouchaty, Jeffrey M. Dederich, Matthias Florian, Julien Klein, Ksenia Musina, Zdenek Sofer, Xiaodong Xu und Akashdeep. Kamra, Francisco J. García-Vidal, Andrea Alù und Vinod M. Menon, 16. August 2023, hier verfügbar. Natur.
DOI: 10.1038/s41586-023-06275-2

Auch Rislind Bushati, eine Doktorandin in Menons Gruppe, trug zu der experimentellen Arbeit bei.

Die Studie, die in enger Zusammenarbeit mit Andrea Alù und seiner Gruppe am CUNY Center for Advanced Science Research durchgeführt wurde, ist das Ergebnis einer großen internationalen Zusammenarbeit. Die am CCNY und ASRC durchgeführten Experimente wurden durch Messungen ergänzt Washington University In der Sammlung von Professor Xiaodong Xu von Dr. Jeffrey Diederich. Theoretische Unterstützung leisteten Dr. Akashdeep Kamra und Professor Francisco J. Garcia Vidal von der Autonomen Universität Madrid und Dr. Matias Florian von der University of Michigan. Die Materialien wurden von Prof. Zdenek Sofer und Kseniia Mosina an der UCT Prag entwickelt und das Projekt wurde von Dr. Julian Klein unterstützt Massachusetts Institute of Technology. Die Arbeit am CCNY wurde vom US Air Force Office of Scientific Research, der National Science Foundation (NSF) – Materials Research Division und dem NSF CREST IDEALS Center unterstützt. DarpaDeutsche Forschungsgemeinschaft.