Das Einfangen von Licht in einem Metamaterial macht es 10x magnetisch

Jul 19, 2023

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Dies könnte Türen zu Technologien öffnen, die wir für unmöglich hielten.

Das moderne Leben wird durch Elektromagnetismus ermöglicht. Jede Technologie, die Sie heute verwenden, nutzt elektromagnetische Eigenschaften, die die Physik im Laufe der Jahrhunderte entdeckt hat. Die Suche nach neuen Wegen zur Manipulation von Licht – einem Teil des elektromagnetischen Spektrums – und Magnetismus wird die Entwicklung von Technologien (insbesondere im Quantenbereich) ermöglichen, die wir uns noch nicht vorstellen können.

Um neue Möglichkeiten zur Kontrolle dieser fundamentalen Naturkraft zu erforschen, haben Wissenschaftler des City College of New York (CCNY) Licht in einem magnetischen Metamaterial eingefangen und das Material selbst dadurch zehnmal magnetischer gemacht. Die Ergebnisse der Studie wurden diese Woche in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Das verwendete Material war ein mit Chrom, Schwefel und Brom beschichteter Halbleiter und gehört zu einer Klasse, die als magnetische Van-der-Waals-Materialien bekannt ist (benannt nach dem niederländischen theoretischen Physiker Johannes Diderik van der Waals). Diese Materialien enthalten Eigenschaften, die in natürlich vorkommenden Materialien normalerweise nicht zu finden sind, und Wissenschaftler beginnen gerade erst, ihre möglichen Anwendungen zu verstehen.

Entscheidend ist, dass dieses Van-der-Waals-Material Quasiteilchen, sogenannte Exzitonen, erzeugen kann, die sowohl mit Licht als auch mit anderen Teilchen interagieren. Es sind diese optischen Wechselwirkungen, die das Licht einfangen und das Material so magnetisch machen.

„Da das Licht im Inneren des Magneten hin und her reflektiert wird, werden die Interaktionen wirklich verstärkt“, sagte Florian Dirnberger von CCNY, der Hauptautor der Studie, in einer Pressemitteilung. „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.“

Eine solch starke Wechselwirkung zwischen Licht und Magnetismus ist nicht üblich, weshalb die Forscher sagen, dass viele magnetooptische Technologien eine empfindliche Lichtdetektion erfordern. Aber dieses neue Material schließt die Lücke zwischen beiden und könnte Türen zu Technologien öffnen, die bisher für unmöglich gehalten wurden.

„Technologische Anwendungen magnetischer Materialien hängen heute hauptsächlich mit magnetoelektrischen Phänomenen zusammen“, sagte der Co-Autor der Studie, Jiamin Quan, in einer Erklärung. „Angesichts der starken 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.“

Darren lebt in Portland, hat eine Katze und schreibt/redigiert über Science-Fiction und wie unsere Welt funktioniert. Wenn Sie genau hinschauen, können Sie seine früheren Sachen bei Gizmodo und Paste finden.

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