Almanya’dan araştırmacılar, “manyetik adımlar” olarak bilinen manyetik alanlarda güçlü, hızlı değişimlerin oluşumu üzerinde hassas bir kontrol elde ettiler. Max Planck Enstitüsü’nden Andrea Cavalleri ve ekibi, ultra kısa lazer darbeleri kullanarak süper iletken bir diskten geçen akımları kesintiye uğrattı. Bu, süper iletkenin yerel manyetik ortamını son derece kısa zaman dilimlerinde değiştirerek manyetik bir adımla sonuçlanır.
Süperiletken bir aygıt manyetik alanda hızlı değişimler sağlıyor
Manyetik adımlar birkaç pikosaniye içinde maksimum yoğunluğa ulaşır, daha sonra birkaç nanosaniye boyunca kademeli olarak azalır. Malzemelerin harici manyetik alanlara tepki vermesi için gereken süreden önemli ölçüde daha kısa zaman dilimlerinde meydana gelen hızlı dalgalanmaları nedeniyle bilim insanları için avantajlıdırlar. Sonuç olarak, manyetik adımlar manyetik malzemelerin denge dışı özelliklerinin anlaşılmasını sağlayabilir ve ayrıca manyetik bellek depolama gibi alanlarda pratik etkilere sahip olabilir.
Şimdiye kadar, bu alandaki ilerlemeler, ultra kısa sürelerde manyetik adımların üretilmesi ve manipüle edilmesindeki teknik zorluklar nedeniyle engellenmiştir. Önceki stratejilerde mikro bobinler, özel antenler ve dairesel polarize ışık darbeleri gibi teknolojiler kullanılmıştır. Bununla birlikte, bu tekniklerin her biri, ürettikleri manyetik adımların özellikleri üzerinde sınırlı düzeyde kontrol sağlar.
Manyetik Alanlarda Hızlı Değişim İçin Süperiletken Çözüm
Cavalleri’nin ekibi, bir süper iletken içindeki akımların söndürülmesini gerektiren yeni bir süreç tasarladı. Tipik olarak, bu “süper akımlar” enerji kaybı olmadan sürekli olarak çalışabilir ve herhangi bir dış manyetik alanı süper iletkenin içinden dışlamak için işlev görür. Bununla birlikte, bu akımlar ultra kısa sürelerde geçici kesintiler yaşarsa, süper iletkene bitişik manyetik alanda hızlı bir değişiklik meydana gelecek ve böylece manyetik bir adımın oluşturulmasını kolaylaştıracaktır.
Cavalleri ve meslektaşları ince, süper iletken bir itriyum baryum bakır oksit (YBCO) diski üzerinde ultra kısa lazer darbeleri kullanmış ve aynı zamanda diski harici bir manyetik alana maruz bırakmışlardır.
Manyetik adımların oluşumunu tespit etmek için, süper iletkenin yakınına bir yarı iletken galyum fosfit kristali yerleştirdiler. Bu malzeme son derece hızlı bir Faraday tepkisine sahiptir. Bu, yerel manyetik alandaki değişimlerden etkilenerek yarı iletkenden geçerken ışık polarizasyonunun dönmesini gerektirir. Bu dönüş, pikosaniyenin altındaki zaman dilimlerinde gerçekleşebilir.
Araştırmacılar, farklı bir ultra kısa “pompa” lazer darbesiyle elde edilen YBCO diskindeki süper akımların söndürülmesinin hemen ardından yarı iletkeni geçerken ultra kısa bir “sonda” lazer darbesinin polarizasyonunda değişiklikler gözlemledi.
Ekip üyesi Gregor Jotzu, “Malzemenin süper akımlarını ultra kısa lazer darbeleriyle aniden kesintiye uğratarak, yaklaşık bir pikosaniye veya saniyenin trilyonda biri kadar yükselme sürelerine sahip ultra hızlı manyetik alan adımları üretmeyi başardık” diye açıklıyor.
Bu, alt gigahertzden terahertze kadar frekansları kapsayan olağanüstü geniş bantlı bir manyetik adım üretmek için kullanıldı. Bu, tekniği çok çeşitli malzemelerde mıknatıslanmayı araştırmak için uygun hale getirmelidir.
Bilim insanları bu manyetik prosedürleri bir ferrimıknatısın mıknatıslanmasını manipüle etmek için kullandılar. Bu mıknatıs, karşıt manyetik momentlere sahip olmakla birlikte, harici bir manyetik alanın yokluğunda sıfır olmayan bir kendiliğinden mıknatıslanma sergiliyor.
Süper iletkenlerinin üzerine bir ferrimıknatıs yerleştirip manyetik bir adım oluşturduklarında, ortaya çıkan adım alanı ferrimıknatısın mıknatıslanmasında bir dönüşe neden oldu.
Bu yöntemle üretilen manyetik adımlar şu anda ferrimıknatıslar gibi malzemeleri kararlı durumlar arasında geçirmek için gerekli hız ve genlikten yoksundur. Bununla birlikte, konfigürasyonlarının geometrisinde yapılacak ek değişikliklerle, araştırmacılar bu yeteneğin yakında elde edilebileceği konusunda iyimserler.
Cavalleri, “Amacımız, herhangi bir manyetik numuneyi kararlı manyetik durumlar arasında geçiş yapabilen evrensel, ultra hızlı bir uyarıcı geliştirmek” diyor. “Uygun geliştirmelerle, faz geçişi düzenlemesinden manyetik düzen parametrelerinin toplam modülasyonuna kadar uzanan uygulamalar öngörüyoruz.”
Bu çalışma Nature Photonics‘de de yayınlandı.
Kaynak: physicsworld.com/a/superconducting-device-delivers-ultrafast-changes-in-magnetic-field/
