Baanbrekende natuurkundigen van de Universiteit van Kopenhagen en de Nanyang Technological University in Singapore hebben een manier ontdekt om niet-magnetische materialen magnetisch te maken door middel van laserlicht. Het fenomeen kan ook worden gebruikt om veel andere materialen nieuwe eigenschappen te geven.

De intrinsieke eigenschappen van materialen komen voort uit hun chemie - uit de soorten atomen die aanwezig zijn en de manier waarop ze zijn gerangschikt. Deze factoren bepalen, bijvoorbeeld, hoe goed een materiaal elektriciteit kan geleiden en of het al dan niet magnetisch is. Daarom, de traditionele route voor het veranderen of bereiken van nieuwe materiaaleigenschappen is chemie geweest.

Nutsvoorzieningen, een paar onderzoekers van de Universiteit van Kopenhagen en de Nanyang Technological University in Singapore hebben een nieuwe fysieke route ontdekt voor de transformatie van materiaaleigenschappen:wanneer gestimuleerd door laserlicht, een metaal kan zich van binnenuit transformeren en plotseling nieuwe eigenschappen krijgen.

"Voor meerdere jaren, we hebben onderzocht hoe we de eigenschappen van een materie kunnen transformeren door deze te bestralen met bepaalde soorten licht. Nieuw is dat we niet alleen de eigenschappen kunnen veranderen met behulp van licht, we kunnen het materiaal triggeren om zichzelf te veranderen, binnenstebuiten, en komen in een nieuwe fase met volledig nieuwe eigenschappen. Bijvoorbeeld, een niet-magnetisch metaal kan plotseling in een magneet veranderen, " legt universitair hoofddocent Mark Rudner uit, een onderzoeker aan het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen.

Hij en collega Justin Song van de Nanyang Technological University in Singapore deden de ontdekking die nu is gepubliceerd in Natuurfysica . Het idee om licht te gebruiken om de eigenschappen van een materiaal te transformeren is op zich niet nieuw. Maar tot nu toe, onderzoekers zijn alleen in staat geweest om de eigenschappen die al in een materiaal worden gevonden te manipuleren. Een metaal een eigen "apart leven geven, " waardoor het zijn eigen nieuwe eigenschappen kan genereren, is nog nooit eerder gezien.

Door middel van theoretische analyse, de onderzoekers zijn erin geslaagd te bewijzen dat wanneer een niet-magnetische metalen schijf wordt bestraald met lineair gepolariseerd licht, circulerende elektrische stromen en dus magnetisme kunnen spontaan in de schijf ontstaan.

Onderzoekers gebruiken zogenaamde plasmonen (een soort elektronengolf) die in het materiaal worden gevonden om de intrinsieke eigenschappen ervan te veranderen. Wanneer het materiaal wordt bestraald met laserlicht, plasmonen in de metalen schijf beginnen met de klok mee of tegen de klok in te draaien. Echter, deze plasmonen veranderen de kwantumelektronische structuur van een materiaal, die tegelijkertijd hun eigen gedrag verandert, het katalyseren van een feedbackloop. Feedback van de interne elektrische velden van de plasmonen zorgt er uiteindelijk voor dat de plasmonen de intrinsieke symmetrie van het materiaal breken en een instabiliteit veroorzaken in de richting van zelfrotatie waardoor het metaal magnetisch wordt.

Techniek kan woningen 'on demand' opleveren

Volgens Mark Rudner, de nieuwe theorie opent een geheel nieuwe denkwijze en hoogstwaarschijnlijk, een breed scala aan toepassingen:

"Het is een voorbeeld van hoe de interactie tussen licht en materiaal kan worden gebruikt om 'on demand' bepaalde eigenschappen in een materiaal te produceren. Het maakt ook de weg vrij voor een groot aantal toepassingen, omdat het principe vrij algemeen is en op veel soorten materialen kan werken. We hebben aangetoond dat we een materiaal in een magneet kunnen veranderen. We kunnen het misschien ook veranderen in een supergeleider of iets heel anders, " zegt Rudner. Hij voegt eraan toe:

"Je zou het alchemie van de 21e eeuw kunnen noemen. In de Middeleeuwen, mensen waren gefascineerd door het vooruitzicht om lood in goud te veranderen. Vandaag, we streven ernaar om het ene materiaal zich als het andere te laten gedragen door het met een laser te stimuleren."

Onder de mogelijkheden, Rudner suggereert dat het principe nuttig zou kunnen zijn in situaties waarin men een materiaal nodig heeft om af te wisselen tussen magnetisch gedragen en niet. Het kan ook nuttig zijn in opto-elektronica, waar, bijvoorbeeld, licht en elektronica worden gecombineerd voor glasvezel-internet en sensorontwikkeling.

De volgende stappen van de onderzoekers zijn het uitbreiden van de catalogus van eigenschappen die op analoge manieren kunnen worden gewijzigd, en om hun experimenteel onderzoek en gebruik te stimuleren.