Een team van onderzoekers, verbonden aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Zuid-Korea heeft de mogelijkheid aangetoond om een ​​magnetische respons in een niet-magnetisch laagmateriaal te induceren en te beheersen door selectieve excitatie van specifieke trillingen van het materiaal.

Een onderzoeksteam, aangesloten bij UNIST heeft onlangs de mogelijkheid aangetoond om een ​​magnetische respons in een niet-magnetisch laagmateriaal te induceren en te beheersen door selectieve excitatie van specifieke trillingen van het materiaal, met behulp van geavanceerde theoretische simulatietools.

Deze doorbraak is geleid door professor Noejung Park in de School of Natural Science in samenwerking met onderzoekers van de Theorie-afdeling van de MPSD (Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter) en CFEL in Hamburg. In de studie, het onderzoeksteam toonde aan dat circulair gepolariseerde fononen een vallei-afhankelijke dynamische spintoestand produceren als gevolg van sterke spin-fononkoppeling, die kan worden ontwikkeld als een voertuig voor kwantumberekening of spintronica-toepassingen. De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 12 februari, 2018.

In het dagelijkse leven, we ervaren en gebruiken veel eigenschappen van materialen:van elektrische en thermische geleiders/isolatoren tot micro-/nano-elektronica, telecommunicatie, computergebruik, sensorisch, energieconversie en op maat gemaakte materialen met specifieke mechanische, optische en magnetische eigenschappen, om er een paar te noemen. microscopisch, deze materialen bestaan ​​uit elektronen en kernen, en hun eigenschappen kunnen meestal worden toegeschreven aan de kwantummechanische rangschikking van de elektronen. Hoewel de atoomkern ook kan worden gespecificeerd door zijn samenstellende deeltjes, zoals protonen en neutronen, de binnenstructuur van de kern, in de meeste gevallen, speelt geen rol bij het bepalen van de eigenschappen van het materiaal. In plaats daarvan, kernen worden duidelijk gemanifesteerd door hun vibratie. De vorm en grootte van de trillingen, die specifiek een fonon wordt genoemd, zijn een andere dominante factor die de eigenschappen van het materiaal bepaalt, naast de lading en spin van de elektronen.

Tegenwoordig hebben onderzoekers zich gericht op elementaire structuren van materialen met als doel uiteindelijk magnetische eenheden of elektronische apparaten te miniaturiseren. grafeen, de koolstof enkele laag, en de monolaag van overgangsmetaal dichalcogenide (TMDC) zijn uitstekende voorbeelden in dit perspectief. Of de spins in deze tweedimensionale (2-D) materialen kunnen worden uitgelijnd om een ​​magneet te vormen of hoe gevoelig ze worden beïnvloed door fononen, is een belangrijke vraag gebleven. In hun studie hebben het nemen van MoS2 en ook andere TMDC's als monstermateriaal, het onderzoeksteam onderzocht hoe de spinstructuur kan worden veranderd door de aanwezigheid van een fonon. Uitgebreide supercomputing-berekeningen van kwantummechanische vergelijkingen toonden aan dat, wanneer een materiaal een sterke koppeling heeft tussen de spin en de orbitale toestand van zijn elektronen, een bepaalde fonon kan een spindynamiek afleiden op dezelfde manier als een roterend magnetisch veld.

Dit effect is gebaseerd op een fundamenteel concept van theoretische fysica dat symmetriebreking wordt genoemd. Vooral in kristallen spelen de symmetrieën van de rangschikkingen van atomen een beslissende rol, en het breken van een ervan brengt vaak dramatische veranderingen met zich mee in de eigenschappen van het materiaal. De symmetrie van een systeem heeft niet alleen betrekking op ruimte, maar kan ook in de tijd worden verlengd. In wat tijd-omkeringssymmetrie wordt genoemd, de waargenomen fysica zou hetzelfde zijn als we vooruit of achteruit in de tijd gaan. Bijvoorbeeld, in een video van twee botsende biljartballen, je kunt niet zien of de video vooruit of achteruit loopt vanwege de symmetrie. Echter, in aanwezigheid van een magnetisch veld, de beweging van de elektronen kan niet op deze manier worden bedrogen, omdat de voorwaartse beweging niet langer symmetrisch is met die van de achterwaartse beweging.

In plaats van een magnetisch veld, veel onderzoekers hebben onlangs een circulair gepolariseerd foton gebruikt, of een roterende staat van licht, om de tijdomkeringssymmetrie te doorbreken. In hun studie hebben in plaats van een foton, ze gebruikten de roterende beweging van atomen in een kristal, d.w.z. de cirkelvormige fonon, als een nieuw type tijdomkeringsbreekmechanisme. Het onderzoeksteam toonde aan dat dergelijke fononen kunnen worden vergeleken met de aanwezigheid van het magnetische veld en kunnen worden gebruikt voor snelle manipulatie van magnetische eenheden van elementaire 2D-materialen.