Вакуум в оптическом резонаторе может изменить магнитное состояние материала без лазерного возбуждения
Исследователи из Германии и США впервые теоретически продемонстрировали, что магнитным состоянием атомарно тонкого материала α-RuCl3 можно управлять, просто поместив его в оптический резонатор. Важно отметить, что одних только флуктуаций вакуума в полости достаточно, чтобы изменить магнитный порядок материала из зигзагообразного антиферромагнетика в ферромагнетик. Работа команды опубликована в журнале npj Computational Materials.
Внутри оптического резонатора легкие частицы появляются и исчезают. Эти флуктуации могут изменить магнитный порядок α-RuCl3 из зигзагообразного антиферромагнетика в ферромагнетик.
Авторы и права: Дж. Хармс, MPSD
Недавней темой исследований в области физики материалов стало использование интенсивного лазерного света для изменения свойств магнитных материалов. Тщательно проектируя свойства лазерного света, исследователи смогли радикально изменить электропроводность и оптические свойства различных материалов.
Однако это требует постоянной стимуляции лазерами высокой интенсивности и связано с некоторыми практическими проблемами, главным образом с тем, что трудно остановить нагрев материала. Поэтому исследователи ищут способы получить аналогичный контроль над материалами с помощью света, но без использования мощных лазеров.
Теперь теоретики из Института структуры и динамики материи Макса Планка (MPSD) в Гамбурге, Германия, Стэнфордского университета и Пенсильванского университета (оба в США) придумали принципиально иной подход к изменению магнитных свойств реального материала в полости — без использования лазерного света. Их сотрудничество показывает, что одного резонатора достаточно, чтобы превратить зигзагообразный антиферромагнетик α-RuCl3 в ферромагнетик.
Что особенно важно, команда демонстрирует, что даже в кажущейся темной полости α-RuCl 3 ощущает изменения электромагнитной среды и соответствующим образом меняет свое магнитное состояние. Это чисто квантово-механический эффект, возникающий из-за того, что в рамках квантовой теории пустая полость (технически называемая состоянием вакуума) никогда не бывает по-настоящему пустой. Вместо этого световое поле колеблется, так что частицы света появляются и исчезают, что, в свою очередь, влияет на свойства материала.
« Оптический резонатор ограничивает электромагнитное поле очень небольшим объемом, тем самым усиливая эффективную связь между светом и материалом», — объясняет ведущий автор Эмиль Виньяс Бострём, постдокторант из Теоретической группы MPSD. «Наши результаты показывают, что тщательное проектирование вакуумных флуктуаций электрического поля полости может привести к радикальным изменениям магнитных свойств материала». Поскольку световое возбуждение не требуется, этот подход в принципе позволяет избежать проблем, связанных с непрерывным лазерным возбуждением.
Это первая работа, демонстрирующая такое управление полостью над магнетизмом в реальном материале, и она следует за предыдущими исследованиями по управлению полостью в сегнетоэлектрических и сверхпроводящих материалах. Исследователи надеются, что создание конкретных полостей поможет им реализовать новые и неуловимые фазы материи и лучше понять тонкое взаимодействие между светом и материей.
