Магнитный материал подвергается воздействию двух лазерных лучей, электрические поля которых вращаются в противоположных направлениях.
Материал рассеивает свет. Если есть разница между интенсивностью рассеянного света от двух лучей, материал находится в топологической фазе.
Авторы и права: Йорг Хармс, MPSD

Топологические фазы не ограничиваются электронными системами. Они также могут встречаться в магнитных материалах, свойства которых описываются в терминах магнитных волн, или так называемых магнонов. Однако, несмотря на то, что ученые разработали методы генерации и считывания магнонных токов, они до сих пор не смогли напрямую установить топологическую фазу магнонов.

Точно так же, как звуковая волна распространяется по воздуху, магнон может проходить через магнитный материал, нарушая его магнитный порядок. Этот порядок можно представить как набор волчков, имеющих общую ось вращения. Эффект волны заключается в небольшом наклоне осей, вокруг которых вращаются волчки.

Топологическая магнонная фаза связана с каналами, которые могут нести поток магнонов по краям образца. Исследователи надеются, что такие граничные каналы можно будет использовать для передачи информации в будущих устройствах спинтроники, аналогично тому, как электрические токи используются для передачи сигналов в электронных устройствах. Однако, прежде чем такие технологии могут быть реализованы, ученым необходимо найти способ проверить, является ли магнитная фаза топологической или нет.

Трансатлантическая исследовательская группа изучила класс магнитных материалов, структурно похожих на графен, и подвергла их воздействию лазерного излучения с правой или левой поляризацией, когда электрическое поле лазера вращается либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки вокруг оси лазерного луча.

Исследователи проанализировали свет, рассеянный материалом, и показали, что если интенсивность рассеяния различна для двух поляризаций, материал находится в топологической фазе. И наоборот, если нет разницы в интенсивности рассеянного света, то материал не находится в топологической фазе. Таким образом, свойства рассеянного света служат четкими индикаторами топологических фаз в этих магнитных материалах.

Этот метод прост в применении и может быть распространен на другие квазичастицы, говорит ведущий автор Эмиль Виньяс Бострем: «Комбинационное рассеяние света — это стандартный экспериментальный метод, доступный во многих лабораториях, что является одной из сильных сторон этого предложения, такие результаты весьма общие и в равной степени применимы к другим типам систем, состоящих из фононов, экситонов или фотонов».

В долгосрочной перспективе есть надежда, что магноны можно будет использовать для создания более устойчивых технологических устройств с гораздо меньшим энергопотреблением: «Использование топологических магнонных токов потенциально может снизить энергопотребление будущих устройств примерно в 1000 раз по сравнению с электронными, хотя есть много проблем, которые нужно решить, пока мы не доберемся до этого момента», — говорит Виньяс Бострём.