Bu buluş elektronik dünyasını değiştirebilir!

ETH Zürih ve Basel Üniversitesi'nde yürütülen çığır açıcı bir çalışma, lazer ışığı kullanılarak bir kuantum malzemedeki magnetizmanın ısıya gerek kalmadan tersine çevrilebileceğini ortaya koydu. Araştırmacılar, bu yöntem sayesinde elektronik devrelerin ve bileşenlerin gelecekte ışıkla dinamik biçimde kontrol edilebileceğine dikkat çekti. Magnetizma alanında önemli bir kilometre taşı olarak değerlendirilen bu buluş, özellikle topolojik malzemelerdeki manyetik özelliklerin yönetilmesinde yeni bir dönemin kapılarını aralıyor.

Deneyin arka planı ve kullanılan malzeme

Çalışmada, magnetizma ve topoloji kavramları bir araya getirilerek, lazer ışığının bir ferromanyetik malzemenin manyetik polaritesini değiştirmedeki etkisi araştırıldı. Araştırma ekibi, hafifçe burulmuş iki ince organik yarı iletken molibdenum ditellürid katmanından oluşan özel bir topolojik malzeme üzerinde deneyler yaptı. Bu tür katmanlı malzemeler, katmanlar arasındaki küçük uyumsuzlukların elektron hareketi ve etkileşimi üzerinde belirleyici etkiler yaratmasıyla biliniyor. Topolojik malzemeler, sahip oldukları dayanıklı ve belirgin durumlar sayesinde, klasik manyetik sistemlerden farklı olarak daha kararlı ve esnek manyetik özellikler sergileyebiliyor. Bu özellik, magnetizma alanında yapılan yeni deneylerin temelini oluşturdu.

Ferromanyetik malzemelerde, elektronların spinleri belirli bir yönde hizalanarak güçlü bir manyetik alan oluşturur. Ancak bu hizalanma, sıcaklık değişimleriyle kolayca bozulabilir. Geleneksel olarak bir ferromanyetiğin polaritesini değiştirmek için malzeme ısıtılır ve kritik sıcaklık aşıldığında spinler yeniden düzenlenir. ETH Zürih ve Basel Üniversitesi'ndeki ekip ise, bu klasik yöntemin ötesine geçerek, yalnızca lazer ışığıyla magnetizmayı tersine çevirmeyi başardı. Bu gelişme, magnetizma kontrolünde yeni bir çağın habercisi olarak görülüyor.

Lazer ışığının magnetizma üzerindeki etkisi

Deneylerde, lazer ışığı kullanılarak malzemedeki elektron spinlerinin kolektif yönelimi değiştirildi. Bu yöntemle, ferromanyetik malzemenin polaritesi ısıya gerek olmadan kalıcı şekilde tersine çevrilebildi. Araştırmayı yürüten Prof. Dr. Tomasz Smoleński ve Prof. Dr. Ataç Imamoğlu, elde edilen sonuçların Nature dergisinde yayımlandığını belirtti. Ekip, bu başarıyı modern yoğun madde fiziğinin üç temel konusu olan elektronlar arasındaki güçlü etkileşimler, topoloji ve dinamik kontrolü tek bir deneyde birleştirerek elde etti. Magnetizma alanında yapılan bu yenilikçi deney, yalnızca bireysel elektronların değil, tüm bir ferromanyetik sistemin 'anahtar' gibi davranarak polaritesinin değiştirilebileceğini gösterdi.

Deney sırasında, magnetizma değişimini doğrulamak için çok daha zayıf bir ikinci lazer ışını kullanıldı ve bu ışının yansıması ölçülerek elektron spinlerinin yönelimi tespit edildi. Elde edilen bulgular, lazer ışığının magnetizma üzerinde doğrudan ve kalıcı bir etki yaratabildiğini ortaya koydu. Ayrıca, bu dönüşümün gerçekleşme biçiminin, elektronların topolojik yalıtkan mı yoksa metalik iletken durumda mı olduğuna bağlı olarak değiştiği gözlemlendi. Böylece, magnetizma ve topoloji tek bir platformda dinamik biçimde kontrol edilebiliyor.