Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Einfangen von Licht in bestimmten magnetischen Materialien deren intrinsische Eigenschaften erheblich verbessern kann. Ihre Studie untersuchte einen speziellen Schichtmagneten, der starke Exzitonen aufnehmen kann und so Licht unabhängig einfangen kann. Die optischen Reaktionen dieses Materials auf magnetische Ereignisse sind deutlich stärker als bei normalen Magneten.
Forscher haben herausgefunden, dass das Einfangen 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 bietet.
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 optischen Reaktionen in Magneten ebnen den Weg für Innovationen bei magnetischen Lasern, magnetooptischen Speichergeräten und sogar bei neuen Quantentransduktionsanwendungen.
Wie in ihrem neuen Artikel beschrieben, der am 16. August in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Natur, Menon und sein Team untersuchten die Eigenschaften eines Schichtmagneten, der stark gebundene Exzitonen beherbergt – Quasiteilchen mit besonders starken optischen Wechselwirkungen. Dadurch ist das Material in der Lage, Licht einzufangen – ganz von alleine. Wie ihre Experimente zeigen, sind die optischen Reaktionen dieses Materials auf magnetische Phänomene um Größenordnungen 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 Interaktionen wirklich verstärkt“, sagte Dr. Florian Dirnberger, der Erstautor der Studie. „Um ein Beispiel zu nennen: Wenn wir ein externes Magnetfeld anlegen, wird die Nahinfrarotreflexion des Lichts so stark verändert, dass das Material grundsätzlich seine Farbe ändert. Das ist eine ziemlich starke magnetooptische Reaktion.“
„Normalerweise reagiert Licht nicht so stark auf Magnetismus“, sagte Menon. „Aus diesem Grund erfordern technologische Anwendungen, die auf magnetooptischen Effekten basieren, häufig die Implementierung empfindlicher optischer Erkennungssysteme.“
Jiamin Quan, Co-Autor der Studie, wies darauf hin, wie die Fortschritte den einfachen Menschen zugutekommen können: „Technologische Anwendungen magnetischer Materialien hängen heute hauptsächlich mit magnetoelektrischen Phänomenen zusammen.“ Angesichts solch starker Wechselwirkungen zwischen Magnetismus und Licht können wir nun hoffen, eines Tages magnetische Laser zu entwickeln und möglicherweise alte Konzepte des optisch gesteuerten magnetischen Gedächtnisses zu überdenken.“
Referenz: „Magneto-optics in a van der Waals magnet tuned by self-hybridized polaritons“ von Florian Dirnberger, Jiamin Quan, Rezlind Bushati, Geoffrey M. Diederich, Matthias Florian, Julian Klein, Kseniia Mosina, Zdenek Sofer, Xiaodong Xu, Akashdeep Kamra, Francisco J. García-Vidal, Andrea Alù und Vinod M. Menon, 16. August 2023, Natur.
DOI: 10.1038/s41586-023-06275-2
Rezlind Bushati, ein Doktorand der Menon-Gruppe, trug ebenfalls zu der experimentellen Arbeit bei.
Die in enger Zusammenarbeit mit Andrea Alù und seiner Gruppe am CUNY Advanced Science Research Center durchgeführte Studie ist das Ergebnis einer großen internationalen Zusammenarbeit. Die am CCNY und ASRC durchgeführten Experimente wurden durch Messungen am ergänzt Universität von Washington in der Gruppe von Prof. Xiaodong Xu von Dr. Geoffrey Diederich. Theoretische Unterstützung leisteten Dr. Akashdeep Kamra und Prof. Francisco J. Garcia-Vidal von der Universidad Autónoma de Madrid sowie Dr. Matthias Florian von der University of Michigan. Die Materialien wurden von Prof. Zdenek Sofer und Kseniia Mosina am UCT Prag angebaut und das Projekt wurde weiter von Dr. Julian Klein unterstützt MIT. Die Arbeit am CCNY wurde vom US Air Force Office of Scientific Research, der National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, dem NSF CREST IDEALS Center, unterstützt. DARPAund der Deutschen Forschungsgemeinschaft.