Wissenschaftler fangen Licht in einem Magneten ein

Von City College of New York, 20. August 2023

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Einfangen von Licht in bestimmten magnetischen Materialien deren intrinsische Eigenschaften erheblich verbessern kann. Ihre Studie untersuchte einen speziellen Schichtmagneten, der starke Exzitonen aufnehmen kann und so Licht unabhängig einfangen kann. Die optischen Reaktionen dieses Materials auf magnetische Ereignisse sind deutlich stärker als bei normalen Magneten.

Forscher haben herausgefunden, dass das Einfangen von Licht in bestimmten magnetischen Materialien deren Eigenschaften erheblich verstärken kann, was potenzielle Innovationen wie magnetische Laser und eine neue Perspektive auf optisch gesteuerte magnetische Speicher bietet.

Eine bahnbrechende Studie von Vinod M. Menon und seinem Team am City College of New York zeigt, dass das Einfangen von Licht in magnetischen Materialien deren intrinsische Eigenschaften erheblich verbessern kann. Diese verstärkten optischen Reaktionen in Magneten ebnen den Weg für Innovationen bei magnetischen Lasern, magnetooptischen Speichergeräten und sogar bei neuen Quantentransduktionsanwendungen.

Wie in ihrem neuen Artikel, der am 16. August in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, ausführlich beschrieben, untersuchten Menon und sein Team 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.

In einem magnetischen Kristall eingeschlossenes Licht kann dessen magnetooptische Wechselwirkungen stark verstärken. Bildnachweis: Rezlind Bushati

„Da das Licht im Inneren des Magneten hin und her reflektiert wird, werden die Interaktionen wirklich verstärkt“, sagte Dr. Florian Dirnberger, der Erstautor der Studie. „Um ein Beispiel zu nennen: Wenn wir ein externes Magnetfeld anlegen, wird die Nahinfrarotreflexion des Lichts so stark verändert, dass das Material grundsätzlich 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 Erkennungssysteme.“

Jiamin Quan, Co-Autor der Studie, wies darauf hin, wie die Fortschritte den einfachen Menschen zugutekommen 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.“

Referenz: „Magneto-optics in a van der Waals magnet tuned by self-hybridized polaritons“ von Florian Dirnberger, Jiamin Quan, Rezlind Bushati, Geoffrey M. Diederich, Matthias Florian, Julian Klein, Kseniia Mosina, Zdenek Sofer, Xiaodong Xu, Akashdeep Kamra, Francisco J. Garcia-Vidal, Andrea Alù und Vinod M. Menon

Rezlind Bushati, ein Doktorand der Menon-Gruppe, trug ebenfalls zu der experimentellen Arbeit bei.

The study conducted in close collaboration with Andrea Alù and his group at CUNY Advanced Science Research Center is the result of a major international collaboration. Experiments conducted at CCNY and ASRC were complemented by measurements taken at the University of WashingtonFounded in 1861, the University of Washington (UW, simply Washington, or informally U-Dub) is a public research university in Seattle, Washington, with additional campuses in Tacoma and Bothell. Classified as an R1 Doctoral Research University classification under the Carnegie Classification of Institutions of Higher Education, UW is a member of the Association of American Universities." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">University of Washington in the group of Prof. Xiaodong Xu by Dr. Geoffrey Diederich. Theoretical support was provided by Dr. Akashdeep Kamra and Prof. Francisco J. Garcia-Vidal from the Universidad Autónoma de Madrid and Dr. Matthias Florian from the University of Michigan. The materials were grown by Prof. Zdenek Sofer and Kseniia Mosina at the UCT Prague and the project was further supported by Dr. Julian Klein at MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">MIT. The work at CCNY was supported through the US Air Force Office of Scientific Research, the National Science Foundation (NSF) – Division of Materials Research, the NSF CREST IDEALS center, DARPAFormed in 1958 (as ARPA), the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) is an agency of the United States Department of Defense responsible for the development of emerging technologies for use by the military. DARPA formulates and executes research and development projects to expand the frontiers of technology and science, often beyond immediate U.S. military requirements, by collaborating with academic, industry, and government partners." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">DARPA und die Deutsche Forschungsgemeinschaft.