Физики из МГУ научились управлять светом при помощи наномагнитов - «Наука»

В последние десятилетия физики активно изучают квантовые свойства электронов и атомов и пытаются приспособить их для создания электронных приборов. В обычной микроэлектронике информация представляется с помощью электрического заряда. В спиновой электронике, или спинтронике, информация представляется с помощью спина электрона — направления вращения частицы.

Николай Хохлов из МГУ имени М.В. Ломоносова, его коллеги по университету и сотрудники Российского квантового центра сделали большой шаг к созданию подобных систем, разработав методику, которая позволяет использовать электрические поля и магниты для манипуляции светом.

По словам ученых, железо и многие другие магнитные материалы состоят из особых областей, которые обычно называют "доменами". Как правило, спины электронов в таких доменах повернуты в сторону, противоположную направлению спинов в соседних доменах. Благодаря этому железо не обладает собственным магнитным полем в состоянии покоя, но может намагничиваться, если поместить его во внешнее магнитное поле.

Еще в XX веке ученые обнаружили, что границы между доменами, так называемые "доменные стенки", при определенных условиях можно сдвигать в произвольном направлении. Подобные сдвиги, как выяснили российские физики, можно использовать для манипулирования свойствами света на наномасштабах, используя эффект поляризации в магнитном поле, открытый еще Майклом Фарадеем в XIX веке.

Ученые продемонстрировали работу такого устройства, которое они назвали "фарадеевским модулятором". В нем используется игла толщиной примерно в пять раз меньше человеческого волоса и пленка из магнитного материала из железа, висмута, галлия и лютеция. Пропуская свет через такую пленку и меняя заряженность иглы, можно произвольным образом менять, в какую сторону он поляризован, и использовать это для передачи и кодирования данных.

Как отмечает Хохлов, подход его группы позволяет сдвигать границы доменов на очень небольшие расстояния, не затрагивая соседние домены, чего раньше не удавалось другим физикам, пытавшимся использовать этот эффект. По его словам, это "делает предложенную концепцию крайне перспективной для нанофотоники и спинтроники".

Сейчас Хохлов и его коллеги пытаются понять, как часто можно "переключать" домены и удастся ли использовать этот подход для создания высокоскоростных систем связи. Как полагают ученые, применение магнитных метаматериалов позволит достичь частоты переключения доменов, близкой к тысяче гигагерц, что откроет дорогу для создания сверхбыстрых оптических компьютеров.