CCNY-Wissenschaftler fangen Licht in einem Magneten ein

In einem magnetischen Kristall eingeschlossenes Licht kann dessen magnetooptische Wechselwirkungen stark verstärken. Bild erstellt von Rezlind Bushati.

Eine neue Studie unter der Leitung von Vinod M. Menon und seiner Forschungsgruppe am City College of New York zeigt, dass das Einfangen von Licht in magnetischen Materialien deren intrinsische Eigenschaften dramatisch verbessern kann. Starke optische Reaktionen von Magneten sind wichtig für die Entwicklung magnetischer Laser und magnetooptischer Speichergeräte sowie für neue Quantentransduktionsanwendungen.

In ihrem neuen Artikel in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten Menon und sein Team über die Eigenschaften eines Schichtmagneten, der stark gebundene Exzitonen beherbergt – Quasiteilchen mit besonders starken optischen Wechselwirkungen. Dadurch ist das Material in der Lage, Licht einzufangen – ganz von alleine. Wie ihre Experimente zeigen, sind die optischen Reaktionen dieses Materials auf magnetische Phänomene um Größenordnungen stärker als die typischer Magnete. „Da das Licht im Inneren des Magneten hin und her reflektiert wird, werden die Wechselwirkungen tatsächlich verstärkt“, sagte Dr. Florian Dirnberger, der Erstautor der Studie. „Um ein Beispiel zu nennen: Wenn wir ein externes Magnetfeld anlegen, wird die Reflexion des Lichts im nahen Infrarot so stark verändert, dass das Material im Grunde seine Farbe ändert. Das ist eine ziemlich starke magnetooptische Reaktion.“

„Normalerweise reagiert Licht nicht so stark auf Magnetismus“, sagte Menon. „Aus diesem Grund erfordern technologische Anwendungen, die auf magnetooptischen Effekten basieren, häufig die Implementierung empfindlicher optischer Detektionssysteme.“

Jiamin Quan, Co-Autor der Studie, sagte dazu, wie die Fortschritte den einfachen Menschen zugute kommen können: „Technologische Anwendungen magnetischer Materialien hängen heute hauptsächlich mit magnetoelektrischen Phänomenen zusammen.“ Angesichts solch starker Wechselwirkungen zwischen Magnetismus und Licht können wir nun hoffen, eines Tages magnetische Laser zu entwickeln und möglicherweise alte Konzepte des optisch gesteuerten magnetischen Gedächtnisses zu überdenken.“ Rezlind Bushati, ein Doktorand in der Menon-Gruppe, trug ebenfalls zu der experimentellen Arbeit bei.

Die in enger Zusammenarbeit mit Andrea Alù und seiner Gruppe am CUNY Advanced Science Research Center durchgeführte Studie ist das Ergebnis einer großen internationalen Zusammenarbeit. Die am CCNY und ASRC durchgeführten Experimente wurden durch Messungen ergänzt, die an der University of Washington in der Gruppe von Prof. Xiaodong Xu von Dr. Geoffrey Diederich durchgeführt wurden. Theoretische Unterstützung leisteten Dr. Akashdeep Kamra und Prof. Francisco J. Garcia-Vidal von der Universidad Autónoma de Madrid sowie Dr. Matthias Florian von der University of Michigan. Die Materialien wurden von Prof. Zdenek Sofer und Kseniia Mosina am UCT Prag entwickelt und das Projekt wurde weiter von Dr. Julian Klein am MIT unterstützt. Die Arbeit am CCNY wurde vom US Air Force Office of Scientific Research, der National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, dem NSF CREST IDEALS Center, DARPA und der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt.

Über das City College of New York Seit 1847 bietet das City College of New York Generationen von New Yorkern eine hochwertige und erschwingliche Ausbildung in einer Vielzahl von Disziplinen. CCNY nimmt seine Position an der Spitze des sozialen Wandels wahr. Von Opportunity Insights aus Harvard belegt es Platz 1 unter 369 ausgewählten öffentlichen Colleges in den Vereinigten Staaten im Gesamtmobilitätsindex. Diese Kennzahl spiegelt sowohl den Zugang als auch die Ergebnisse wider und stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass ein Student am CCNY um zwei oder mehr Einkommensquintile aufsteigen kann. Die Bildungsforschungsorganisation Degree Choices stuft CCNY landesweit auf Platz 1 unter den Universitäten ein, wenn es um die wirtschaftliche Kapitalrendite geht. Darüber hinaus gehört CCNY laut Center for World University Rankings zu den besten 1,8 % der Universitäten weltweit, wenn es um akademische Exzellenz geht. Das Arbeitsanalyseunternehmen Emsi beziffert die jährlichen wirtschaftlichen Auswirkungen von CCNY auf die regionale Wirtschaft (5 Bezirke und 5 angrenzende Landkreise) auf 1,9 Milliarden US-Dollar und quantifiziert die „pro Dollar“-Rendite der Investition für Studenten, Steuerzahler und die Gesellschaft. Am City College absolvieren mehr als 15.000 Studenten Bachelor- und Masterabschlüsse in acht Schulen und Abteilungen, angetrieben durch umfangreiche finanzierte Forschung, Kreativität und Wissenschaft. In diesem Jahr startete CCNY seine bisher umfangreichste Spendenaktion. Die Kampagne mit dem Titel „Gemeinsam Bemerkenswerte Dinge tun“ zielt darauf ab, die Stiftung des Colleges auf ein Gesamtvermögen von mehr als 1 Milliarde US-Dollar zu bringen, um die Mission des Colleges zu unterstützen. CCNY ist so vielfältig, dynamisch und visionär wie New York City selbst. Sehen Sie sich das CCNY-Medienkit an.

Jay Mwambap: 917.892.0374e: [email protected]