Магнитные материалы окружают нас повсюду — от трансформаторов и электродвигателей до медицинского оборудования и устройств хранения данных. Их уникальность заключается в способности сохранять намагниченность, что делает их незаменимыми в современной электронике. Однако до сих пор изучение сверхбыстрых изменений намагниченности оставалось сложной задачей. Традиционные методы, основанные на высокочастотном облучении, часто оказываются неэффективными, когда речь идет о терагерцовых колебаниях.
Группа исследователей из Национального исследовательского университета ИТМО в сотрудничестве с нобелевским лауреатом по физике Фрэнком Вильчеком предложила инновационный подход к решению этой проблемы. Вместо использования высокочастотных импульсов ученые предложили анализировать отражение и преломление низкочастотных электромагнитных волн, проходящих через магнитный материал. Этот метод позволяет «увидеть» сверхбыстрые изменения намагниченности, которые ранее были недоступны для наблюдения.
Как объясняет Максим Горлач, ведущий научный сотрудник ИТМО и руководитель исследования, процесс можно сравнить с наблюдением за быстро вращающимся диском.
«Представьте вращающийся диск с черными и белыми секторами. Если он движется медленно, вы четко видите контраст между ними. Но при быстром вращении цвета сливаются в однородный серый фон, и различить отдельные участки уже невозможно. Причем это происходит независимо от того, наблюдаете ли вы за диском глазами или, например, через камеру. Здесь ключевое значение имеет соотношение скорости вращения и частоты, с которой глаз или камера фиксируют изображение. Суть нашей работы в том, что даже при очень быстром вращении диска можно разглядеть не просто серое поле, а нечто большее».
Ключевая идея исследования заключается в том, что сверхбыстрые колебания намагниченности можно описать с помощью эффективного аксионного поля — концепции, предложенной Фрэнком Вильчеком. Это поле влияет на распространение электромагнитных волн, изменяя их поляризацию. Анализируя эти изменения, ученые могут определить начальную фазу колебаний, даже если частота сигнала значительно ниже частоты самих колебаний.
Леон Шапошников, магистрант ИТМО и первый автор статьи, отмечает, что новый подход открывает возможности для изучения магнитных материалов, которые ранее считались слишком сложными для анализа. Исследование показывает, что даже низкочастотные сигналы могут дать ценную информацию о сверхбыстрых процессах.
Ранее ученые впервые обнаружили материал, сочетающий свойства сверхпроводника и магнита. Необычное явление было зафиксировано в обычном графите и может стать прорывом в области квантовых технологий.