Магнит, управляющий светом
Меняя с помощью электрического поля
намагниченность в магнитном кристалле, можно управлять светом, который
падает на этот кристалл.
При намагничивании магнитных кристаллов в
них спонтанно образуются области, отличающиеся друг от друга
направлением намагниченности. Такие области называются магнитными
доменами, а границы между ними – стенками.
Магнитные домены в микрокристаллических зернах в куске
NdFeB. Они видны как светлые и темные полосы в пределах каждого зерна
(Фото: Wikipedia.)
Схематическое изображение намагниченности в разных доменах.
Схема эксперимента с лазерным лучом, падающим на два
магнитных домена, на один из который действуют электрической иглой.
(Иллюстрация: Nikolai E. Khokhlov et al., Scientific Reports 7, 264
(2017).)
В спинтронике – разделе электроники, основанном на спиновых эффектах электронов –
магнитные доменные стенки рассматривают как миниатюрное устройство,
которое по сравнению с другими требует для переключения намного меньше
времени и энергии. Переключать стенки, то есть управлять их
намагниченностью, можно с помощью электрического поля – такой эффект
носит название магнитоэлектрического, а его разновидность, возникающая
при пространственной неоднородности электрического или магнитного поля,
называется флексомагнитоэлектрическим эффектом. Оба активно исследуются в
последние годы, однако пока экспериментальных работ по
флексомагнитоэлектрическому эффекту мало.
Этот пробел попытались заполнить исследователи физического факультета Московского государственного университет им. М.В.Ломоносова,
которые показали, как можно управлять светом с помощью
флексомагнитоэлектрического эффекта. Если к доменным стенкам в магнитном
кристалле приблизить иглу с электрическим полем, стенки начнут
смещаться. Если к тому же на стенках будет сфокусирован свет, то его
параметры можно будет изменять с помощью такого смещения.
В
эксперименте физики использовали пленку висмут-замещенного феррита
граната, представляющую собой магнитный материал с доменной структурой.
Источником электрического поля стала заряженная металлическая игла
толщиной 15 микрон. Неоднородное электрическое поле смещало стенку
домена на расстояние до трети его ширины. Смещением в масштабах порядка
10 микрон можно управлять, тем самым модулируя падающий свет, что и было
продемонстрировано с помощью поляризованного лазерного луча,
сфокусированного на стенке домена.
Модуляция света основана на так
называемом эффекте Фарадея, или магнитооптическом эффекте. Его суть в
том, что у линейно-поляризованного света под действием магнитного поля
поворачивается плоскость поляризации. Другими словами, в
линейно-поляризованном свете (электромагнитной волне) вектор
электрического поля колеблется в определенной плоскости, а под действием
магнитного поля она поворачивается. Таким образом, смещая стенку
домена, можно влиять на величину этого поворота. Полностью результаты
опубликованы в журнале Scientific Reports.
Такой
магнитооптический модулятор с электрическим управлением может помочь в
решении различных задач нанофотоники и спинтроники, например, в качестве
затвора, перестраиваемого источника спиновых волн и т.п. Авторы работы
планируют продолжить исследования, в частности, они собираются изучить
поведение доменной границы в высокочастотном электрическом поле.
Источник: Наука и жизнь
Рейтинг публикации:
|
