Учёные показали, что экситоны могут управлять магнитными состояниями с помощью света
Исследователи из Корнеллского университета показали, что экситоны, связанные пары электрона и оставленной им положительной «дырки», могут не только фиксировать магнитные процессы в материалах, но и влиять на них. В статье, опубликованной в журнале Nature Materials, описан способ управлять магнитными состояниями с помощью света. Раньше экситоны в основном использовали как инструмент наблюдения за расположением спинов, квантового свойства электронов, связанного с магнитными эффектами.
Группа под руководством Юн Джу (Юнис) Бэ (Youn Jue «Eunice» Bae) обнаружила интересный эффект в двумерном магнитном полупроводнике бромиде сульфида хрома (CrSBr). Экситоны, возбуждённые светом, создают спиновый момент и меняют магнитное состояние материала. Обычно управление спинами требует сложных металлических структур и электрических токов. Здесь оказалось достаточно сформировать внутри материала «резервуар» экситонов коротким лазерным импульсом. Как сообщает iXBT, эффект связан с тем, что экситоны меняют энергетический баланс спиновой системы, подавляя колебания или, наоборот, подпитывая их энергией.
Эксперименты проводились по схеме «накачка-зондирование». Первый лазерный импульс создавал экситоны и запускал магнитную динамику, второй, поданный с заданной задержкой, фиксировал её дальнейшую эволюцию. При высокой интенсивности возбуждения магнитная система многократно переходила между разными состояниями, среди них ферромагнитное и несколько антиферромагнитных режимов. Авторы считают, что этот механизм может пригодиться в оптоспинтронных устройствах, спинтронной памяти и системах преобразования квантовой информации. Его также рассматривают как возможную основу для нейроморфных вычислений.
Ключевые факты
Учёные Корнеллского университета под руководством Youn Jue «Eunice» Bae показали, что возбуждённые светом экситоны могут управлять магнитными состояниями в двумерном магнитном полупроводнике CrSBr; работа опубликована в журнале Nature Materials.
В материале CrSBr созданный лазерным импульсом «резервуар» экситонов генерирует спиновый момент, который меняет магнитное состояние системы.
При увеличении мощности лазерного возбуждения магнитные колебания в материале становятся асимметричными и приобретают пилообразную форму из‑за обмена энергией между спинами и резервуаром экситонов.
Эксперименты проводились методом «накачка‑зондирование»: первый лазерный импульс создавал экситоны и запускал магнитную динамику, а второй с задержкой фиксировал её эволюцию.