Mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Basel a'r ETH yn Zurich wedi llwyddo i newid polaredd ferromagnet arbennig gan ddefnyddio pelydr laser. Yn y dyfodol, gellid defnyddio'r dull hwn i greu cylchedau electronig addasadwy gyda golau.
Mewn ferromagnet, mae lluoedd cyfun ar waith. Er mwyn i nodwydd cwmpawd bwyntio tua'r gogledd neu fagnet oergell i gadw at ddrws yr oergell, mae electronau di-rif yn troelli y tu mewn iddynt, gyda phob un ohonynt yn creu maes magnetig bach yn unig, mae angen i bob un ohonynt linellu i'r un cyfeiriad. Mae hyn yn digwydd trwy ryngweithio rhwng y troelli, sy'n gorfod bod yn gryfach na'r mudiant thermol anhrefnus y tu mewn i'r ferromagnet. Os yw tymheredd y deunydd yn is na gwerth critigol, mae'n dod yn ferromagnetic.
I'r gwrthwyneb, i newid polaredd ferromagnet, fel arfer mae angen ei gynhesu'n uwch na'i dymheredd critigol yn gyntaf. Yna gall y troelli electronau ailgyfeirio eu hunain, ac ar ôl oeri, mae maes magnetig y ferromagnet yn pwyntio i gyfeiriad gwahanol yn y pen draw.
Mae tîm o ymchwilwyr dan arweiniad yr Athro Dr. Tomasz Smoleński ym Mhrifysgol Basel a'r Athro Dr. Ataç Imamoğlu yn yr ETH yn Zurich bellach wedi llwyddo i greu adgyfeiriad o'r fath gan ddefnyddio golau yn unig- heb unrhyw wres. Cyhoeddasant eu canlyniadau ynNatur.
Rhyngweithiadau a thopoleg
“Yr hyn sy’n gyffrous am ein gwaith yw ein bod yn cyfuno’r tri phwnc mawr mewn ffiseg mater cywasgedig modern mewn un arbrawf: rhyngweithio cryf rhwng yr electronau, topoleg a rheolaeth ddeinamig,” meddai Imamoğlu.
I gyflawni hyn, defnyddiodd yr ymchwilwyr ddeunydd arbennig yn cynnwys dwy haen denau o'r ditelluride molybdenwm lled-ddargludydd organig, sydd wedi'u troelli ychydig mewn perthynas â'i gilydd.
Mewn deunyddiau o'r fath, gall-a elwir yn gyflyrau topolegol ffurfio. Yn syml, gellir nodweddu cyflyrau topolegol yn seiliedig ar sut olwg sydd arnynt: pêl (dim twll) neu donut (un twll). Yn bwysig, ni ellir troi pêl yn donut trwy ddadffurfiad syml, sy'n golygu bod cyflyrau topolegol wedi'u diffinio'n ddiamwys ac yn barhaol.
Yn yr arbrofion newydd a oruchwylir gan Smoleński ac Imamoğlu, gellid tiwnio'r electronau rhwng cyflyrau topolegol sy'n insiwleiddio a chyflyrau metelaidd sy'n dargludo. Yn rhyfeddol, mae rhyngweithiadau'n achosi i'r troelli electronau yn y ddau gyflwr alinio'n gyfochrog â'i gilydd, gan droi'r deunydd yn ferromagnet.
"Ein prif ganlyniad yw y gallwn ddefnyddio pwls laser i newid cyfeiriadedd cyfunol y troelli," meddai Olivier Huber, Ph.D. myfyriwr yn ETH, a gynhaliodd yr arbrofion gyda'i gydweithiwr Kilian Kuhlbrodt a Tomasz Smoleński. Ychydig flynyddoedd yn ôl, roedd hyn eisoes wedi'i wneud ar gyfer electronau sengl, ond erbyn hyn mae "newid" neu newid polaredd y ferromagnet cyfan wedi'i gyflawni.
“Roedd y newid hwn yn barhaol ac, ar ben hynny, mae’r dopoleg yn dylanwadu ar ddeinameg y newid,” meddai Smoleński.
Darganfyddwch y diweddaraf mewn gwyddoniaeth, technoleg, a gofod gyda drosodd100,000 o danysgrifwyrsy'n dibynnu ar Phys.org am fewnwelediad dyddiol. Cofrestrwch ar gyfer ein cylchlythyr rhad ac am ddim a chael diweddariadau ar ddatblygiadau arloesol, arloesi ac ymchwil sydd o bwys-dyddiol neu wythnosol.
Tanysgrifio
Rheolaeth ddeinamig o'r ferromagnet
Yn y modd hwn, gellir defnyddio'r pwls laser hefyd i dynnu llinellau terfyn newydd, y mae cyflwr ferromagnetig topolegol y tu mewn iddo. Gellir gwneud hyn dro ar ôl tro, fel bod modd rheoli'r priodweddau topolegol a ferromagnetig yn ddeinamig.
Er mwyn dangos bod y ferromagnet bach, sydd ond ychydig o ficromedrau o ran maint, wedi newid ei bolaredd mewn gwirionedd, fe fesurodd yr ymchwilwyr adlewyrchiad ail belydryn laser llawer gwannach. Datgelodd yr adlewyrchiad hwn gyfeiriadedd y troelli electronau.
“Yn y dyfodol, byddwn yn gallu defnyddio ein dull i ysgrifennu cylchedau topolegol mympwyol ac addasadwy yn optegol ar sglodyn,” meddai Smoleński. Yna gellid defnyddio'r dull hwn i greu ymyriadau bach iawn, y gellir eu defnyddio i fesur meysydd electromagnetig bach iawn.
