การจัดการพัลส์เลเซอร์ที่สั้นเกินจริงของสถานะแม่เหล็กแข็งกำหนดนิยามใหม่ของความเข้าใจเกี่ยวกับพลวัตของออปโตแมกเนติก

เมื่อเร็วๆ นี้ การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ที่ยังไม่ถูกค้นพบระหว่างแสงและแม่เหล็ก การค้นพบนี้จะเป็นแนวทางที่มีประสิทธิภาพสำหรับการกำเนิดในอนาคตของเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลที่ควบคุมด้วยแสงที่เร็วเป็นพิเศษและเทคโนโลยีเซ็นเซอร์ออปโตแม่เหล็กที่สร้างสรรค์ ซึ่งอาจปฏิวัติวิธีการใน อุปกรณ์ใดที่ผลิตขึ้นและวิธีการจัดเก็บข้อมูลในหลายภาคส่วน

การศึกษานี้มาจากทีมวิจัยของ Amir Kapua ศาสตราจารย์และผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Spintronics ที่สถาบันฟิสิกส์ประยุกต์และวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งกรุงเยรูซาเล็ม การศึกษานี้เผยให้เห็นกระบวนการที่ลำแสงเลเซอร์ควบคุมสถานะแม่เหล็กของของแข็ง ซึ่งส่งสัญญาณถึงการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ในการทำความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและวัสดุแม่เหล็ก
(Paradigm Shift: คือการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงขั้นพื้นฐานในรูปแบบการคิด ค่านิยม และวิธีการรู้ เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงในกรอบทางทฤษฎีหรือระบบทางทฤษฎีในวิทยาศาสตร์ การเปลี่ยนกระบวนทัศน์หมายถึงการตรวจสอบใหม่ว่าสิ่งต่าง ๆ เข้าใจได้อย่างไรและ การอธิบายวิธีการอธิบายใหม่อีกครั้ง โดยกำหนดให้เราต้องประเมินแนวคิด ทฤษฎี และแนวปฏิบัติที่มีอยู่ใหม่โดยพื้นฐาน ซึ่งจะส่งผลให้สาขานี้ก้าวหน้าไปในภาพรวม)
โลกที่แสงและแม่เหล็กเต้นด้วยกัน
ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าแสงและแม่เหล็กดูเหมือนจะเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แตกต่างกันมาก แต่ในความเป็นจริงแล้วมันเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิด แสงซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่มองไม่เห็น สามารถเดินทางได้หลายพันไมล์ในทันที และสนามแม่เหล็กซึ่งเป็นสนามพลังลึกลับสามารถนำทางวัตถุให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางที่กำหนดได้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกเขาเปรียบเสมือนความร่วมมือโดยปริยายระหว่างนักเต้น เงียบ ๆ แต่เต็มไปด้วยพลัง
แสงที่มีความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงและส่งพลังงานได้ ในทางกลับกัน แม่เหล็กคือสนามแรงที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนหมุนรอบนิวเคลียสของอะตอม แต่เมื่อแสงมาพบกับแม่เหล็ก สิ่งมหัศจรรย์ก็เกิดขึ้น แสงสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาแม่เหล็กได้ และสนามแม่เหล็กอาจส่งผลต่อการแพร่กระจายของแสงได้ ราวกับว่ามีความผูกพันที่มองไม่เห็นระหว่างพวกเขา ซึ่งมีอิทธิพลและมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน
ปฏิสัมพันธ์นี้น่าทึ่งยิ่งกว่าในโลกกล้องจุลทรรศน์ เมื่อโฟตอนพบกับแม่เหล็ก จะเกิดเสียงสะท้อนแปลกๆ ระหว่างทั้งสอง เสียงสะท้อนนี้ไม่ใช่การแลกเปลี่ยนพลังงานอย่างง่าย ๆ แต่เป็นการเจาะและการบูรณาการซึ่งกันและกันในระดับที่ลึกยิ่งขึ้น พวกเขาร่วมกันสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อนและเป็นระเบียบซึ่งช่วยให้ทุกสิ่งในจักรวาลเชื่อมต่อกัน
การเชื่อมต่อนี้ซึ่งไม่เพียงมีอยู่ในพิภพเล็ก ๆ เท่านั้น แต่ยังขยายไปถึงจักรวาลมหภาคด้วย ในชีวิตของเรา แสงและแม่เหล็กถูกใช้ไปทุกที่ ตั้งแต่เข็มทิศไปจนถึงโทรศัพท์มือถือ จากทีวีไปจนถึงคอมพิวเตอร์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงและแม่เหล็กเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ อนุญาตให้ส่งข้อมูลและโลกทำงานได้
ความสามารถของคลื่นแสงที่สั่นอย่างรวดเร็วเพื่อควบคุมแม่เหล็ก
นิยามใหม่ของปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพขั้นพื้นฐาน
งานวิจัยชิ้นใหม่นี้ไม่คาดคิดว่าจะกำหนดความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กแสงและแสดงถึงการก้าวกระโดดครั้งสำคัญในความเข้าใจของมนุษย์เกี่ยวกับพลวัตของโฟโตแมกเนติก
การค้นพบของทีมเผยให้เห็นทฤษฎีใหม่: ความสามารถของส่วนประกอบแม่เหล็กของคลื่นแสงที่สั่นอย่างรวดเร็วเพื่อควบคุมแม่เหล็ก กำหนดนิยามใหม่ของการโต้ตอบทางกายภาพขั้นพื้นฐานที่ถูกมองข้ามมานานแล้ว เนื่องจากแม่เหล็กตอบสนองช้ากว่าการแผ่รังสีของแสง ก่อนหน้านี้ เมื่อวัสดุแม่เหล็กและการแผ่รังสีทางแสงอยู่ในสมดุลที่สมบูรณ์แบบ การมีอยู่ของอันตรกิริยาระหว่างทั้งสองก็ได้รับการยืนยัน แต่จนถึงขณะนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างการแผ่รังสีแสงกับวัสดุแม่เหล็กที่ไม่สมดุลนั้นเป็นเพียงการอธิบายสั้น ๆ เท่านั้น
เป็นที่เข้าใจกันว่าทีมวิจัยอ้างว่ามีความสัมพันธ์ทางคณิตศาสตร์อย่างง่ายระหว่างแอมพลิจูด ความถี่ และการดูดซับพลังงานของวัสดุแม่เหล็กที่อธิบายความแข็งแกร่งของอันตรกิริยา การตระหนักรู้นี้เกิดขึ้นได้โดยใช้หลักการที่ได้รับการยอมรับอย่างดีในชุมชนคอมพิวเตอร์ควอนตัมและเลนส์ควอนตัม แต่ไม่ใช่ในชุมชนสปินทรอนิกส์และแม่เหล็ก
หลักการพื้นฐานของการคำนวณควอนตัมและทัศนศาสตร์ควอนตัมเป็นวิธีใหม่ในการใช้คุณสมบัติและกฎในกลศาสตร์ควอนตัมสำหรับการประมวลผลและถ่ายโอนข้อมูล วิธีใหม่นี้สามารถช่วยให้เราบรรลุการประมวลผลข้อมูลและความสามารถในการคำนวณที่มีประสิทธิภาพและทรงพลังยิ่งขึ้น อีกทั้งยังช่วยให้เราเข้าใจและใช้พฤติกรรมของแสงได้ดีขึ้น
ในการคำนวณควอนตัม เราใช้บิตควอนตัมเป็นหน่วยพื้นฐานของการคำนวณ ซึ่งมีความสามารถพิเศษที่จะอยู่ในสองสถานะ 0 และ 1 ในเวลาเดียวกัน ซึ่งเรียกว่าสถานะซ้อน ด้วยการใช้คุณสมบัติสถานะการซ้อนทับนี้ เราจึงสามารถดำเนินการประมวลผลและคำนวณข้อมูลที่มีประสิทธิภาพและทรงพลังยิ่งขึ้นได้
และในทัศนศาสตร์ควอนตัม เราศึกษาพฤติกรรมและคุณสมบัติของแสงในระดับควอนตัม ปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ธรรมชาติของอนุภาคของแสง การรบกวน และการเลี้ยวเบนของแสง สามารถอธิบายได้ในภาษาของกลศาสตร์ควอนตัม จากการศึกษาเหล่านี้ เราสามารถเข้าใจพฤติกรรมของแสงได้ดีขึ้น และใช้ความเข้าใจนี้เพื่อพัฒนาเทคโนโลยีและการใช้งานใหม่ๆ
ทีมวิจัยจึงใช้แนวคิดจากฟิสิกส์ควอนตัมเพื่อศึกษาสถานะที่ไม่สมดุลในวัสดุแม่เหล็ก ขณะเดียวกันก็สาธิตแนวคิดพื้นฐานที่ว่าแม่เหล็กสามารถตอบสนองต่อแสงในช่วงเวลาอันสั้นได้ สำหรับพัลส์เลเซอร์ที่สั้นเกินขีดที่มีกำลังแรงเพียงพอ การทำให้เป็นแม่เหล็กสามารถตอบสนองได้ภายในคาบแสง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพิจารณาสมการ LLG เท่านั้น (สมการ LLG เป็นสมการพื้นฐานที่อธิบายพฤติกรรมแบบไดนามิกของแม่เหล็ก และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านแม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้า และสนามแม่เหล็กอื่นๆ) ในสนามแม่เหล็กเชิงแสง สามารถควบคุมการทำให้เป็นแม่เหล็กด้วยแสงได้
ข้อสรุปนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการปฏิวัติและปูทางไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีการจัดเก็บข้อมูลความเร็วสูงที่ควบคุมด้วยแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน่วยความจำเข้าถึงโดยสุ่มแบบต้านทานสนามแม่เหล็ก (MRAM) และเซ็นเซอร์ออปติคอลที่เป็นนวัตกรรมใหม่