یک فراماده می‌تواند با به دام انداختن نور، 10 برابر مغناطیسی تر شود!

مطالعه اخیر گروهی از محققان نشان می‌دهد که با محصور شدن نور در مواد مغناطیسی، ویژگی‌های ذاتی و مغناطیسی این مواد به طور قابل توجهی افزایش می‌یاید. یافته‌های این پژوهش به علت وابستگی شدید پیشرفت فناوری‌های آتی مانند “لیزر‌های مغناطیسی، حافظه‌های مغناطیسی-اپتیکی و کاربرد‌های انتقال کوانتومی” به پاسخ نوری جامد در آهنربا‌ها، از اهمیت بسیاری زیادی برخوردار است.

به تازگی، این مطالعه که توسط ویناد منون و گروه تحقیقاتی وی در دانشگاه CCNY نیو‌یورک صورت پذیرفته، در مجله نیچر (Nature) منتشر شده است. لازم به ذکر است که هزینه تحقیقاتی دانشگاه CCNY از منابع مختلفی از جمله: “دفتر تحقیقات علمی نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا، بخش تحقیقات مواد بنیاد ملی علوم (NSF)، مرکز NSF CREST IDEALS، دارپا و بنیاد تحقیقات آلمان” تامین می‌شود.

این تحقیق با استفاده از یک فراماده یا متامریال (Metamaterial) که به عنوان یک ماده مغناطیسی واندروالس طبقه‌بندی می‌شود و حاوی کروم، گوگرد و بُرُم می‌باشد، صورت گرفته شده است. این ماده، ضمن تشکیل یک ابررسانای مغناطیسی، میزبان اکسیتون‌های متصل به یک‌دیگر یا همان شبه‌ذرات است. علاوه بر این، به سبب صورت پذیرفتن برخی بر‌هم‌کنش‌های نوری قوی، این ماده به صورت مستقل و خود‌جوش قادر به جذب نور می‌باشد. در نتایج این مطالعه، دانشمندان به این مسئله پی بردند که حساسیت‌های نوری این فراماده به فرآیندهای مغناطیسی، به میزان قابل‌توجهی بیش‌تر از آهن‌رباهای سنتی می‌باشد.

دکتر فلوریان دیرنبرگر، نویسنده اصلی این مطالعه، در اظهارات خود می‌گوید:

به دلیل تابش نور در آهنربا، برهمکنش‌های داخل آهنربا به صورت قابل توجهی تقویت می‌شوند. به عنوان مثال، به هنگام اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی، بازتاب نور نزدیک به پرتو‌های فروسرخ، دچار چنان تغییرات قابل توجهی می‌شود که اساساً تغییر رنگ ماده را به همراه می‌آورد. این مسئله بیان‌گر یک پاسخ مغناطیسی نوری بسیار قوی می‌باشد.

پدیده نادر

به طور کلی، کنترل پدیده‌های الکترومغناطیسی به عنوان کلیدی‌ترین عامل تاثیر‌گذار بر قلب فناوری مدرن تلقی می‌شوند و با تحت کنترل قرار دادن “نور، الکتریسیته، ذرات باردار، آهن‌ربا‌ها” یا هر ترکیبی از موارد مذکور، می‌توان به کاربرد‌های متنوعی دست یافت. با این حال، به دلیل نادر بودن وقوع بر‌هم‌کنش‌های قوی در تعاملات میان نور و مغناطیس، اغلب سیستم‌های مغناطیسی نوری نیازمند به دست‌یابی به قابلیت‌های بسیار حساس نسبت به تشخیص نور، می‌باشند. به گفته پروفسور منون، نویسنده ارشد و استاد دانشگاه CCNY:

در شرایط معمولی، نور واکنش قابل توجهی نسبت به مغناطیس نشان نمی‌دهد. به همین دلیل است که اغلب کاربردهای تکنولوژیکی مبتنی بر اثرات مغناطیسی نوری، به ترکیبی از روش‌های تشخیص نور بسیار حساس، نیاز دارند.

در مقابل، در این پژوهش مشاهده شد که هنگام ورود نور به فراماده و در پی بروز برهمکنش‌های میان نور با اکسیتون‌ها، نور در درون متامتریال محبوس شده و به دام می‌افتد. در نتیجه این واقعه، خواص مغناطیسی نور به طرز چشم‌گیری با ضریب 10 تشدید می‌شوند.

به گفته رزلیند بوشاتی، دانشجوی کارشناسی ارشد گروه مطالعاتی منون:

امروزه، کاربردهای تکنولوژیکی مواد مغناطیسی، اغلب به پدیده‌های مغناطیسی-الکتریک وابسته‌اند. با استناد به نتایج این مطالعه و مشاهده فعل و انفعالات قابل توجه میان مغناطیس و نور، اکنون امید بیشتری نسبت به توسعه و دست‌یابی به لیزر‌های مغناطیسی و باز‌نگری مفاهیم پیشین در رابطه با “حافظه مغناطیسی کنترل‌شده نوری” وجود دارد.

منبع: InterestingEngineering