Po latach wykryli sygnał magnetyczny w metalu. To oznaka nieuchwytnego zjawiska

Taka sztuka udała się członkom międzynarodowego zespołu, zrzeszającego badaczy z Izraela, Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii. Uwieczniony tzw. optyczny efekt Halla będzie przydatny ze względu na potencjał wykorzystania go w celu dokonania postępów w w badaniach nad fizyką spinu, rozwojem technologii kwantowych czy rozwoju urządzeń elektronicznych na miarę XXI wieku.

Czytaj też: Jest nowy sposób kontrolowania magnetyzmu. Naukowcy mają co świętować

Kluczową rolę w ostatnich eksperymentach okazała się metoda opracowana przez autorów publikacji zamieszczonej w Nature Communications. O ile sytuacja, w której prądy elektryczne zakrzywiają się pod wpływem pola magnetycznego, było już wielokrotnie obserwowane w materiałach magnetycznych, to pozostałe, na przykład miedź czy złoto, okazywały się zdecydowanie większym wyzwaniem.

Optyczny efekt Halla jest bowiem trudniejszy do zarejestrowania, ale naukowcom bardzo zależało na jego zbadaniu ze względu na potencjalne zastosowania. Wiedza o tym, jak elektrony poruszają się pod wpływem światła i pola magnetycznego, byłaby pomocna. W związku z tym szukano sposobów na uwiecznienie tego zjawiska, jednak brakowało odpowiednio czułych narzędzi, aby zrealizować cel.

Sygnał wykryty w metalach niemagnetycznych wskazuje na występowanie optycznego efektu Halla. Taki wyczyn powinien mieć przełożenie na szereg praktycznych zastosowań

Sami zainteresowani porównują to do sytuacji, w której próbujemy usłyszeć szept w hałaśliwym pomieszczeniu. Nawet jeśli wiemy, że taki odgłos faktycznie jest emitowany, to nie jesteśmy w stanie go zarejestrować. W przypadku optycznego efektu Halla starania trwały od lat, ale nie przynosiły oczekiwanych skutków. Sygnał był prostu zbyt słaby, aby go uwiecznić.

Międzynarodowy projekt realizowany w ostatnim czasie zapewnił efekt, na jaki liczyli fizycy. Stosując udoskonaloną metodę znaną jako MOKE – opartą na laserach oddelegowanych do pomiaru wpływu magnetyzmu na odbicie światła – badacze dopięli swego. Użyli w tym celu 440-nanometrowego niebieskiego lasera z modulacją zewnętrznego pola magnetycznego o dużej amplitudzie. Zwiększona czułość pomiarów umożliwiła wykrycie sygnałów w metalach niemagnetycznych. 

Czytaj też: 80 tysięcy rozpadów cząstek ujawniło sekret istnienia wszechświata. Naukowcy zaobserwowali 2,5% różnicę między materią a antymaterią

Przy okazji wyszło na jaw, że pozorny szum był zdecydowanie bardziej zorganizowany, niż można było oczekiwać. Występował on we wzorach związanych ze sprzężeniem spin-orbita, łączącym ruch elektronów z ich spinem. Ze względu na udział tego zjawiska w rozpraszaniu energii magnetycznej w materiałach, członkowie zespołu badawczego mówią o wpływie ich dokonań na rozwój pamięci magnetycznych, urządzeń spintronicznych czy układów kwantowych.