МОСКВА, 4 апр – Москва.Ру. Российские физики научились управлять движением света, используя электрические поля и особые «наномагниты», говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
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, открыв методику, которая позволяет использовать электрические поля и магниты для манипуляции светом, и наоборот.
Железо и многие другие магнитные материалы, как рассказывают ученые, состоят из особых областей, которые обычно называют «доменами». Как правило, спины электронов у атомах в таких доменах повернуты в одну сторону, противоположную тому, в какую стороны направлены спины электронов в соседних доменах. Благодаря этому куски железа не обладают собственным магнитным полем в состоянии покоя, но могут намагничиваться, если поместить их во внешнее магнитное поле.
Границы между доменами, так называемые «доменные стенки», как обнаружили ученые еще в 20 веке, можно сдвигать в произвольные стороны при определенных условиях. Подобные сдвиги, как выяснили российские ученые, можно использовать для манипулирования свойствами света на наномасштабах, используя эффект поляризации света в магнитном поле, открытый еще Майклом Фарадеем в 19 веке.
Ученые продемонстрировали работу такого устройства, «фарадеевского модулятора», как они его назвали, используя иглу толщиной примерно в пять раз меньше человеческого волоса и пленку из магнитного материала из железа, висмута, галлия и лютеция. Пропуская свет через такую пленку и меняя заряженность иглы, можно произвольным образом менять то, в какую сторону он будет поляризован и использовать это свойство 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 сделать другим физикам, пытавшимся использовать этот эффект для манипуляций светом. 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 можно ли использовать этот подход для создания высокоскоростных систем связи. Как полагают ученые, использование магнитных метаматериалов позволит достичь частоты переключения доменов, близкой к тысяче гигагерц, что откроет дорогу для создания сверхбыстрых оптических компьютеров.
