5 دقیقه
کشف و زمینه علمی
پژوهشگران رفتار مغناطیسی یک بلور آلی نامتعارف را نقشه‌برداری کرده‌اند که به دستهای تازه‌پیشنهادی از مواد مغناطیسی به نام آلترمگنتها تعلق دارد. آلترمگنتها در بیرون از دسته‌های شناخته‌شدهٔ فروالکترومغناطیسها (که مغناطش خالص نشان میدهند) و ضدفرومغناطیسها (که گشتاورهای ریز مقیاس یکدیگر را خنثی میکنند) قرار دارند و ترکیبی از خواص تقارن را دارند که به آنها اجازه می‌دهد بدون ایجاد یک مغناطش کلی، پلاریزاسیون نور را تحت تأثیر قرار دهند. جزئیات این کار در Physical Review Research منتشر شده است.
دانشمندان گزارش میدهند که نمک آلی κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl نشانههای آلترمغناطیسی را نشان می‌دهد که از طریق روشهای نوری-مغناطیسی قابل آشکارسازی است. تیم شامل ساتوشی ایگوچی (مؤسسه پژوهش مواد دانشگاه توهوکو)، یوکا ایکموتو و تارو موریواکی (مؤسسهٔ اشعۀ همگام ژاپن)، هیروتاکه ایتو (دانشگاه کوانسی گاکوین)، شینیچیرو ایوای (دانشگاه توهوکو) و تتسویا فورکاوا و تاکاهیکو ساساکی (مؤسسه پژوهش مواد) بود.
«برخلاف آهن‌رباهای معمولی که همدیگر را جذب میکنند، آلترمگنتها مغناطش خالص نشان نمیدهند، اما هنوز میتوانند پلاریزاسیون نور بازتابی را تحت تأثیر قرار دهند» — ساتوشی ایگوچی توضیح می‌دهد. «این ویژگی مطالعهٔ آنها را با روشهای نوری متداول دشوار میسازد.»
رویکرد اندازهگیری و پیشرفت نظری
برای آشکارسازی نشانههای نوری ظریف آلترمغناطیس، پژوهشگران یک فرمول کلی بازتاب از معادلات ماکسول استخراج کردند که برای مواد با تقارن بلوری پایین قابل اعمال است. این چارچوب نظری تغییر پلاریزاسیون نور بازتابی را به پاسخ الکترومغناطیسی میکروسکوپی بلورها پیوند می‌زند، از جمله مؤلفههای غیرقطری تانسور هدایت نوری که معمولاً با روشهای استاندارد در دسترس نیستند.
با استفاده از این فرمالیسم، تیم یک پروتکل سنجش نوری-مغناطیسی دقیق توسعه داد و آن را روی κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl اعمال کرد. آنها اثر کر نوری-مغناطیسی (MOKE) — تغییر پلاریزاسیون نور بازتابی ناشی از ترتیب مغناطیسی — را اندازهگیری کردند و طیف هدایت نوری غیرقطری را استخراج نمودند. این طیف اطلاعات ساختار مغناطیسی و الکترونیکی را رمزگذاری میکند.
نشانههای طیفی کلیدی
طیف غیرقطری سه ویژگی تشخیصی را آشکار ساخت:
- قلههای کناری سازگار با تفکیک باندهای اسپینی، که نشاندهندهٔ جدایی باندهای الکترونیکی حاصل از تقارن مغناطیسی ماده است.
- یک مؤلفهٔ حقیقی (پراکنشی) قابل نسبت به اعوجاج بلوری و هم‌بستگی پییزومغناطیسی، که نشان می‌دهد چگونه تقارن شبکه و کرنش مکانیکی میتوانند اپتیک مغناطیسی را تحت تأثیر قرار دهند.
- یک مؤلفهٔ موهومی (جذب‌کننده) مرتبط با جریانهای دورانی، نتیجهٔ تقارنهای شکستهٔ ماده و گردش جریان‌ها در مقیاس‌های میکروسکوپی.
این مشاهدات شواهد نوری مستقیمی ارائه میدهند مبنی بر این‌که κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl رفتار یک آلترمگنت را نشان می‌دهد و فرمول بازتاب جدید را برای دسته‌های گسترده‌تری از مواد با تقارن پایین تأیید میکنند.
کاربردها، پیامدها و چشم‌انداز آینده
ترکیب مدل تحلیلی بازتاب بر پایهٔ معادلات ماکسول و اندازه‌گیری‌های حساس MOKE راه‌های جدیدی برای بررسی مغناطیس عجیب و غریب در ترکیبات آلی و معدنی با تقارن پایین باز میکند. از آنجا که بلورهای آلی میتوانند سبک، قابل‌انعطاف و از نظر شیمیایی قابل تنظیم باشند، آلترمگنتهای آلی تأییدشده میتوانند امکان ساخت دستگاههای جمعوجور نوری-مغناطیسی، حسگرها یا عناصر پردازش اطلاعات را فراهم کنند که بدون میدانهای پراکندهٔ مغناطیسی بزرگ، پلاریزاسیون نور را کنترل کنند.
کارهای آینده این تکنیک را به نامزدهای دیگر آلترمگنت گسترش خواهند داد و ویژگیهای مرتبط با کاربرد مانند وابستگی دمایی، کنترل با کرنش و پاسخ‌های اپتیکی فوق‌سریع را بررسی خواهند کرد.
دیدگاه کارشناسان
دکتر مایا راو، فیزیک‌دان ماده چگال و مروج علمی، اظهار می‌دارد: «این مطالعه اهمیت دارد چون نظریهٔ دقیق الکترومغناطیسی را با آزمایش‌های اپتیکی دقیق پیوند می‌زند. نشان دادن آلترمغناطیس در یک سیستم آلی حکایت از آن دارد که می‌توانیم پاسخ‌های اپتیکی مغناطیسی را در مواد سبک و انعطافپذیر مهندسی کنیم — جهتی هیجان‌انگیز برای کاربردهای فوتونیک و اسپینترونیک.»
نتیجه‌گیری
این پژوهش مجموعه‌ای از ابزارهای نظری و تجربی را برای مشاهدهٔ رفتار آلترمغناطیسی از طریق پلاریزاسیون نور فراهم میکند. با ترکیب فرمول بازتاب مشتقشده از معادلات ماکسول با طیف‌سنجی MOKE حساس، تیم نشانههای آلترمغناطیسی را در یک بلور آلی تأیید کرده و زیربنایی برای بررسی پدیده‌های نوری-مغناطیسی در گسترهٔ وسیع‌تری از مواد با تقارن پایین فراهم ساخته است. این پیشرفت‌ها میتوانند توسعهٔ دستگاههای مغناطیسی نوین را که نور را با حداقل مغناطش خالص کنترل میکنند، تسریع نمایند.
منبع: sciencedaily
.avif)
نظرات