Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Aan/uit in biljoensten van een seconde:optisch gestuurde magnetische velden

Schematische weergave van het experiment voor door een pomp geïnduceerde Faraday-rotatie θF op grafeenschijven. De frequentie van de sonde- en pompstraal is ingesteld op 3,5 THz. In het pompbundelpad bevindt zich een kwartgolfplaat (λ/4-plaat). De rotaties van −45 o en +45 o genereer de linkerkant (σ + ) – en rechts (σ − ) - circulair gepolariseerde pompstraal met hand. De sondebundel is lineair gepolariseerd in verticale richting, het teken van θF geeft de richting aan. In het straalpad van de sonde bevindt zich een draadroosterpolarisator die is uitgelijnd op 45 o met betrekking tot de invallende sondebundel. De gereflecteerde en doorgelaten sondebundels van de draadroosterpolarisator worden respectievelijk naar bolometers B2 en B1 geleid. Credit:Natuurcommunicatie (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43412-x

Natuurkundigen van de Universiteit van Duisburg-Essen en hun samenwerkende partners hebben ontdekt dat kleine grafeenplaatjes onder infraroodstraling elektromagneten kunnen worden. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Het monster zelf is onzichtbaar voor het menselijk oog:er zijn kleine schijfjes op een oppervlak van 2 x 2 millimeter, elk met een diameter van 1,2 micrometer, slechts een honderdste van de breedte van een gemiddeld mensenhaar. Ze bestaan ​​uit twee lagen grafeen:twee lagen koolstofatomen die als pannenkoeken op elkaar liggen. Hun elektronen bewegen zich vrij door het materiaal en kunnen worden beïnvloed door elektromagnetische velden.

De werkgroep van prof. dr. Martin Mittendorff van Experimentele Natuurkunde aan de Universiteit van Duisburg-Essen (UDE) onderzoekt binnen het Collaborative Research Center 1242 al jaren golven in elektronensystemen, zogenaamde plasmonen. In dit geval gebruikte het team circulair gepolariseerde terahertz (THz) straling in het infraroodbereik om de elektronen te exciteren. "Je kunt de grafeenvellen zien als emmers gevuld met water:de elektronen", legt Mittendorff uit. "Als je met een stok in de emmer roert, beginnen zich cirkelvormige stromingen te vormen."

Prof.dr. Martin Mittendorff achter de experimentele opstelling. Credit:UDE/Andreas Reichert

Naar analogie bewegen de ladingsdragers die worden aangeslagen door de kurkentrekkervormige THz-straling in een cirkelvormige beweging in de schijven en gedragen zich zo als kleine elektromagneten. Binnen het experiment werden magnetische velden in het bereik van 0,5 Tesla gegenereerd; dit komt neer op ongeveer 10.000 keer het magnetische veld van de aarde. De frequentie van het plasmon kan worden aangepast via de diameter van de grafeenschijf. Wat betreft hun effect zijn de kleine schijfjes vergelijkbaar met sterke permanente magneten, maar ze kunnen binnen picoseconden worden in- of uitgeschakeld, met andere woorden, in een biljoenste deel van een seconde.

Hoewel de experimenten fundamenteel onderzoek zijn, zijn er realistische potentiële toepassingen:door grafeenschijven te gebruiken hebben de natuurkundigen optisch geschakelde magnetische velden ontwikkeld die kunnen worden gebruikt om andere materialen in de omgeving te beïnvloeden. In quantum dots die bijvoorbeeld schermen verlichten, kan de kleur van het licht worden aangepast. Magnetocalorische materialen veranderen hun temperatuur afhankelijk van het aangelegde magnetische veld.

Deze publicatie is het resultaat van een samenwerking tussen de Mittendorff-werkgroep en nationale en internationale partners:De grafeenschijven zijn vervaardigd aan de Universiteit van Maryland (VS) en de metingen zijn uitgevoerd in het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Meer informatie: Jeong Woo Han et al, Sterke tijdelijke magnetische velden geïnduceerd door THz-aangedreven plasmonen in grafeenschijven, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43412-x

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door Universiteit Duisburg-Essen




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Het onzichtbare zien:geboorte en dood van boomwortels in een toekomstige atmosfeer
  2. Hoe worden bacteriën resistent tegen antibiotica?
  3. Onderzoekers ontwikkelen CRISPR om enkele RNA-letters in menselijke cellen te bewerken
  4. Natuurbeschermers moeten het Hollywood-effect benutten om dieren in het wild te helpen
  5. Vloeken maakt je sterker,
  6. Kunstmatige intelligentie kan worden gebruikt om bossen in Maines beter te monitoren, vondsten te bestuderen
  7. Waarvan zijn nucleïnezuren gemaakt?
  8. Onverwachte regulatie van transcriptiefactoren die cruciaal zijn voor ontwikkeling
  9. Vogelgriep dwingt eierboerderij om 3 miljoen kippen te euthanaseren

Wetenschap