Ovládání magnetu pomocí světelného paprsku

Tento objev učinil Fyzikální ústav Akademie věd České republiky v čele s doktorem Tomášem Jungwirthem. A to je důvod pro krátký rozhovor.

V medicích probleskla informace o vašem objevu, že magnet lze ovládat pomocí světelného laserového paprsku. V čem je toto ovládání rozdílné oproti elektrickému proudu?

Elektrickými proudy je obtížné ovládat magnety (tedy např. zapisovat informaci v magnetických pamětech) na časových škálách kratších než nanosekundy. S dnes komerčně dostupnými lasery se pomocí optické manipulace můžeme dostat až na femtosekundy tedy o 6 řádů níže. S kratšími časovými škálami se mění i vlastní fyzikální principy, na základě kterých je magnet ovládán.

Jaké bylo zadání výzkumu? Bylo ovládání magnetu pomocí světelného paprsku primárním úkolem nebo objev byl dílem náhody? Jak složitá byla cesta k tomuto poznatku?

Objev byl učiněn ve feromagnetickém polovodiči. V klasických nemagnetických polovodičích je již od Einsteina znám tzv. fotoefekt, ve kterém opticky vybuzené elektrony z valenčního do vodivostního pásu přes zakázaný pás v polovodiči způsobí změnu proudu, který může polovodičem protékat. Tedy optický signál polovodič převede na elektrický. S objevem feromagnetických polovodičů v polovině 90. let minulého století vyvstala otázka, jestli by nebylo možné zrealizovat magnetickou obdobu fotoefektu. Tedy že by opticky vybuzené nosiče neovlivnily jen elektrický proud, ale také magnetizaci ve feromagnetickém polovodiči. K tomu, aby byl, tento magnetický fotoefekt pozorovatelný bylo ale potřeba urazit dlouhou cestu jednak ve zdokonalování kvality feromagnetických polovodičových materiálů a jednak v metodách detekce změny magnetizace na velmi krátkých časových škálách. Naše skupina se podílela na obou těchto směrech výzkumu feromagnetických polovodičů a jejich propojením se nám po několika letech podařilo jev pozorovat i mikroskopicky popsat.

 

Opto-spintronická laboratoř Matematicko-fyzikální fakulty UK a fyzikálního ústavu AV ČR

Jaké je praktické využití? A v jakých aplikacích tento objev najde uplatnění?

Feromagnetický polovodič, na kterém byl jev pozorován, funguje jen v teplotách nižších než -100oC. Před širokým uplatněním jevu v praxi je tedy nejprve třeba pokročit v materiálovém výzkumu magnetických polovodičů a najít vhodný materiál, který bude fungovat za pokojové teploty. Některé slibné materiály se začínají objevovat a naše skupina se na tomto směru materiálového výzkumu rovněž podílí. Další oblast se týká praktických způsobů propojení elektronických a optických prvků v mikročipech, což je oblast, kterou se bezprostředně nezabýváme, ale vývoj těchto prvků jde rychle kupředu i v oblasti nemagnetických mikroelektronických součástek. Uplatnění našeho jevu např. v ultrarychlých magnetických paměťových čipech tedy jistě není otázkou několika příštích let, ale z fyzikálního hlediska je již možné si takové budoucí aplikace představit.

Děkuji za rozhovor

Tomáš Zmrzlík

Autorem fotky je Tomáše Jungwirth