گامی نوین در کنترل فرامغناطیسی فوق سریع

یک تیم پژوهشی از مؤسسه ماکس پلانک برای ساختار و دینامیک ماده (MPSD) موفق به توسعه روشی نوین برای مطالعه مغناطیس فوق سریع در مواد شده‌اند. این پژوهشگران توانسته‌اند گام‌های میدان مغناطیسی را ایجاد و اعمال کنند؛ فرآیندی که در آن میدان مغناطیسی در بازه‌ای در حد پیکوثانیه فعال می‌شود. نتایج این تحقیق در مجله Nature Photonics منتشر شده است.

تحولی در کنترل مغناطیس فوق سریع

میدان‌های مغناطیسی نقش اساسی در کنترل مغناطش مواد دارند. در شرایط ثابت یا با تغییرات آهسته، مغناطش یک ماده مطابق با میدان خارجی جهت‌گیری می‌کند، همانند سوزن قطب‌نما که در راستای میدان مغناطیسی زمین قرار می‌گیرد. اما زمانی که میدان‌های مغناطیسی در بازه‌های زمانی فوق سریع تغییر کنند—سریع‌تر از زمان واکنش ماده—دینامیک کاملاً جدیدی در مغناطش ظاهر می‌شود.

این گذار‌های سریع، نه‌تنها برای مطالعات بنیادی درباره‌ی حالت‌های خارج از تعادل ماده اهمیت دارند، بلکه می‌توانند در توسعه حافظه‌های مغناطیسی نسل آینده نیز مؤثر باشند؛ جایی که افزایش سرعت نوشتن اطلاعات نقش حیاتی ایفا می‌کند.

ساخت دستگاه ابررسانای نوین برای تولید میدان مغناطیسی فوق سریع

برای غلبه بر این چالش، گروه پژوهشی مذکور دستگاهی ابررسانا طراحی کرده است که قادر به تولید گام‌های مغناطیسی یک‌قطبی فوق سریع است—تغییرات ناگهانی میدان مغناطیسی با زمان خیز در مقیاس پیکوثانیه و زمان فروپاشی در مقیاس نانوثانیه.

جیووانی دِ وکی، نویسنده‌ی اصلی این مقاله، دراین‌باره می‌گوید: «هدف ما ایجاد یک محرک فوق سریع و جهانی است که بتواند هر نمونه‌ی مغناطیسی را بین حالت‌های مغناطیسی پایدار تغییر دهد. این پیشرفت می‌تواند باعث تحولات اساسی در علوم پایه و فناوری شود.»

بهره‌گیری از ابررسانا‌ها برای ایجاد میدان مغناطیسی فوق سریع

این گروه تحقیقاتی که تحت هدایت آندریا کاوالری فعالیت می‌کند، این دستاورد را با استفاده از خاموش‌سازی ناگهانی ابر جریان‌ها در یک دیسک نازک از جنس YBa₂Cu₃O₇ که در معرض یک میدان مغناطیسی خارجی قرار دارد، محقق کرده‌اند. در ابررساناها، ابرجریان‌ها به‌طور طبیعی برای دفع میدان مغناطیسی شکل می‌گیرند.

گرگور یوتزو، یکی از نویسندگان مقاله، توضیح می‌دهد: «با برهم زدن ناگهانی این ابرجریان‌ها به کمک پالس‌های لیزری فوق کوتاه، توانستیم گام‌های میدان مغناطیسی فوق سریع با زمان خیز در حدود یک پیکوثانیه—یعنی یک تریلیونیم ثانیه—ایجاد کنیم.»

چالش ردیابی گذار‌های مغناطیسی فوق سریع

یکی از چالش‌های بزرگ در این پژوهش، توسعه‌ی روشی برای رهگیری این گذار‌های مغناطیسی در زمان واقعی بود. میکله بوتزی، یکی دیگر از نویسندگان مقاله، در این خصوص می‌گوید: «برای دستیابی به این هدف، یک کریستال ناظر را در نزدیکی نمونه‌ی ابررسانا قرار دادیم. ویژگی‌های نوری این کریستال در واکنش به میدان مغناطیسی محلی تغییر می‌کند.»

این پدیده به تیم تحقیقاتی امکان داد تا با تجزیه‌وتحلیل چرخش قطبش یک پالس لیزری فمتوثانیه‌ای، تکامل میدان مغناطیسی را رهگیری کنند. سباستین فاوآ، از دیگر محققان این پژوهش، می‌افزاید: «با این روش، توانستیم به تفکیک زمانی زیرپیکوثانیه‌ای و حساسیتی بی‌سابقه دست یابیم.»

کنترل گذار‌های فازی و تغییر کامل مغناطش

باوجود این‌که گام‌های مغناطیسی تولیدشده در این پژوهش هنوز قادر به تغییر کامل مغناطش مواد نیستند، پژوهشگران بر این باورند که با بهینه‌سازی هندسه‌ی دستگاه، می‌توان دامنه و سرعت گذار‌های مغناطیسی را افزایش داد.

آندریا کاوالری در این‌باره می‌گوید: «با بهبود‌های مناسب، این روش می‌تواند برای کنترل گذار‌های فازی و حتی تغییر کامل پارامتر‌های نظم مغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد.»

انتهای پیام/