Лаборатория © Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License) Владимир Ерофеев Опубликована сегодня в 9:46 Свет, который подчиняет магнетизм: энергия, способная нарушить симметрию Вселенной Физики из Токийского университета обнаружили способ управлять магнитом с помощью света На стыке света и магнетизма японские физики совершили открытие, которое способно радикально изменить понимание взаимодействий в квантовых материалах. Группа под руководством Рё Ханаи из Токийского университета показала: воздействие света может создавать невзаимные магнитные взаимодействия — то есть такие, при которых нарушается классический принцип действия и противодействия. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications, и уже сегодня они рассматриваются как ключ к будущим технологиям спинтроники и квантовой электроники. Свет как инструмент управления магнитом До сих пор магнитные системы подчинялись симметричным законам: сила, действующая от одного спина, вызывала равное и противоположное воздействие со стороны другого. Японские исследователи смогли изменить этот баланс, используя свет определённой частоты. В своей работе они применили принцип "диссипационной инженерии" — способ управления распадом спиновых состояний. Свет активировал лишь часть каналов потерь, оставляя другие "вне игры". Это вызвало асимметричный обмен энергией между магнитными моментами, приводя к эффекту, невозможному в равновесных системах. Почему это важно? Потому что впервые удалось продемонстрировать нарушение классической симметрии взаимодействия без внешнего поля или механического воздействия — только за счёт квантового света. По сути, учёные создали искусственное магнитное состояние, где одна часть системы "ведёт", а другая "следует". Эксперимент: двойной слой и хиральная фаза Чтобы проверить гипотезу, команда Ханаи использовала двухслойную ферромагнитную структуру. Один слой под действием света стремился выстроиться в одном направлении, а второй — в противоположном. Такое расхождение породило хиральную фазу — динамическое состояние, в котором векторы намагниченности вращаются непрерывно, словно "преследуя" друг друга. "Мы наблюдали, как свет вызывает устойчивую циркуляцию спиновых направлений — явление, невозможное в термодинамическом равновесии", — объяснил Рё Ханаи. Хиральные фазы давно предсказывались теоретически, но их практическое получение считалось маловероятным. Теперь же эксперимент показал: с помощью контролируемого излучения можно формировать новые квантовые состояния вещества. Что делает этот результат особенным? Он не требует сложных магнитных катушек или сверхпроводящих контуров. Управление идёт исключительно через частоту и мощность светового потока — то есть энергетически минимальным и обратимым способом. Технологические перспективы Открытие японских физиков выходит далеко за рамки академической физики. Потенциал создания невзаимных магнитных взаимодействий напрямую связан со спинтроникой — областью, где информация кодируется в спине электрона, а не в его заряде. Такие принципы могут лечь в основу: энергоэффективных квантовых логических элементов; устройств передачи данных с минимальными потерями; новых типов квантовых компьютеров на основе контролируемых спиновых состояний. Почему свет особенно удобен для управления спином? Он обеспечивает мгновенную передачу энергии и может быть точно настроен по частоте. Это делает возможным создание гибридных систем, где магнитный отклик регулируется лазерным импульсом без непосредственного контакта с материалом. Эксперты отмечают, что такое сочетание оптики и магнетизма открывает путь к появлению оптоспинтронных технологий, где фотон и спин становятся единым носителем информации. Мост между квантовой физикой и биологией Интересно, что авторы работы подчеркивают связь открытия с биофизикой. В живых системах давно известны процессы, где нарушается симметрия взаимодействий — например, в движении белков и ферментов. Теперь аналогичный принцип показан в неорганических материалах. Можно ли сравнить магнитные системы с живыми структурами? В определённом смысле да: оба типа демонстрируют поведение, зависящее от направленного потока энергии. Это сближает физику конденсированных сред с теорией активных систем, в которых равновесие никогда не достигается. Такое объединение дисциплин открывает путь к созданию самоорганизующихся материалов, способных самостоятельно перестраивать свои свойства под действием света или поля. Дальнейшие шаги Исследователи планируют проверить стабильность невзаимных взаимодействий в других типах ферромагнитов, включая материалы с высокой анизотропией. Для этого будут использованы методы временной оптической спектроскопии и магнитных измерений с фемтосекундным разрешением. Следующий этап — масштабирование эффекта: поиск оптимальных частот и толщин слоёв, при которых асимметрия спинового обмена максимальна. После лабораторного подтверждения результаты могут быть внедрены в прототипы спинтронных чипов. А что если удастся контролировать спиновые взаимодействия в реальном времени? Тогда появится возможность создавать логические элементы, работающие быстрее транзисторов и не требующие электрического тока. Это станет шагом к квантовым вычислениям нового типа. Подписывайтесь на Moneytimes.Ru Source: https://www.moneytimes.ru/articles/light-controlled-magnetism-2aa/118073/