Световое управление магнитным полупроводником
 Луч света может "записывать" и "перезаписывать" нули и единицы на прозрачный тонкий слой магнитного полупроводника. В эксперименте последовательность 00000000 была переведена в 01110100, потом в 00100100 и, наконец, в 11101110. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Магнитная запись информации – ключевой элемент многих современных технологий. Не удивительно, что многие исследовательские группы заняты поиском магнетиков для повышения плотности записи, а также наилучшего способа управления самим процессом записи информации.
Наиболее известные и распространенные магнетики – это металлы. Их строение таково, что отдельные атомы представляют собой микроскопические магниты, обладающие некоторым магнитным моментом. Под действием магнитного поля атомы (группы атомов) ориентируются в направлении этого внешнего поля, определяя, таким образом, магнитные свойства вещества.
Существуют различные типы магнетиков, но одно из последних и наиболее популярных достижений в этой области – магнитные полупроводники, грубо говоря, представляющие собой полупроводник, в который в небольшой концентрации внедрены ионы магнетика. В отличие от металла, где облако свободных электронов неизменно, количество свободных электронов в таком материале может меняться под действием внешних условий, в частности, света. В этом материале свет может «переключить» магнитное состояние атомов в определенном участке материала с одного на другое (к примеру, обратить магнитные моменты этих атомов вниз). Этот эффект был известен и ранее, однако, до сих пор требовался слишком яркий свет, чтобы иметь возможность переориентировать магнитные моменты (для этого было не достаточно обычного лазера).
В очередном номере Physical Review Letters группа немецких и российских ученых представила работу, в которой описано, как слабый луч света позволяет изменять нули на единицы и наоборот на специально подготовленной магнитной поверхности. Группа исследователей из University of Würzburg использовала тонкий прозрачный слой полупроводника (арсенид галлия), при этом около 1% атомов галлия были заменены атомами марганца с магнитными свойствами.
При температурах около 25 градусов по шкале Кельвина полученное вещество проявляет ферромагнитные свойства: магнитные моменты внедренных атомов марганца указывают перпендикулярно поверхности (либо вверх, либо вниз). При этом заданное направление магнитного момента сохраняется даже при наличии слабого внешнего поля противоположного направления (пока не будет превышен определенный порог). Однако, когда исследователи сфокусировали на пленке луч обычного красного лазера, магнитный момент частиц, попавших в зону его действия, сменился на противоположный (при этом остальные магнитные ионы в веществе не изменили своего состояния). Ученые обнаружили, что свет не изменяет величину магнитного момента, он просто уменьшает минимальную величину магнитного поля, необходимую для «переключения».
Предварительно эффект объясняется влиянием свободных электронов, появляющихся под действием света. Одним из первых предложенных объяснений было то, что лазерное излучение просто нагревает образец, уменьшая порог. Однако, дальнейшие исследования показали, что влияние теплоты в данном случае не существенно. Ученые контролировали размер области, в которой наблюдается эффект, при длительном облучении и пришли к выводу, что тепло распространяется гораздо быстрее, нежели увеличивается размер «пятна» с эффектом.
Представленный эксперимент – лишь первая попытка оперировать магнитными свойствами при помощи пучков света малой мощности. Пока, к сожалению, эффект ограничен только крайне низкими температурами, но, вероятно, когда-нибудь он может лечь в основе технологии создания хранилищ данных.
Также по теме:
Источники: