Учёные заставили магнит реагировать на свет — это может преобразить магнитную запись

Группа исследователей из Городского колледжа Нью-Йорка обнаружила, что слоистый магнитный материал CrSBr способен в десятки раз сильнее, чем обычные магниты, реагировать на свет, буквально «запирая» его в своей структуре. Это открытие, по мнению авторов работы, способно перевернуть представления о магнитооптике и привести к созданию принципиально новых устройств — от магнитных лазеров до систем записи данных, управляемых не электричеством, а световыми импульсами.

Почему свет меняет цвет внутри магнита

Эксперимент показал, что при помещении образца CrSBr во внешнее магнитное поле его оптический отклик в ближней инфракрасной области резко возрастает. Ученые зафиксировали, что отражение света изменяется настолько, что материал визуально меняет свой цвет. Физики объясняют это явление возникновением экситонов — квазичастиц, которые связывают воедино электронные возбуждения внутри материала и световые фотоны.

Роль ван-дер-ваальсовых структур

Материал CrSBr относится к классу ван-дер-ваальсовых полупроводников. Его структура состоит из двумерных слоев, в которые встроены магнитные элементы. Именно такая архитектура, по словам ведущего автора исследования доктора Флориана Дирнбергера, создает эффект «ловушки»: свет многократно переотражается внутри магнита, что многократно усиливает взаимодействие между фотонами и магнитным полем.

От привычной электроники к оптическому управлению

Современные технологии хранения данных и сенсорики базируются на магнитоэлектрическом эффекте — изменении свойств материала под действием электрического поля. Однако обнаруженный магнитооптический отклик открывает путь к альтернативным решениям. Как подчеркивает соавтор исследования Цзямин Куань, сильное взаимодействие между магнетизмом и светом позволяет ученым всерьез рассматривать концепцию магнитных лазеров, а также пересмотреть старые подходы к созданию оптически управляемой магнитной памяти. Попытки создать эффективные магнитооптические материалы предпринимались и ранее, но все известные образцы демонстрировали лишь слабую реакцию на свет. В случае с CrSBr физикам впервые удалось наблюдать эффект, сравнимый по силе с «поглощением» фотонов. Это означает, что разработка коммерческих устройств на базе данного принципа может занять не десятилетия, а несколько лет. Если технология будет масштабирована, мы можем стать свидетелями появления сверхбыстрых оптических переключателей и систем записи, работающих без нагрева и потерь энергии, характерных для традиционной электроники.