釋放磁性材料的潛力- 一種驗證拓撲相位的新光學方法
拓撲相不限於電子系統,也可以存在於以磁波為特徵的磁性材料中,即所謂的磁子。雖然科學家們已經開發了產生和測量磁子電流的方法,但他們還沒有直接觀察到磁子拓撲相。磁子通過擾亂磁性材料的磁秩序而在其中旅行,類似於聲波在空氣中旅行的方式。這種秩序可以被想像為共享一個特定旋轉軸的旋轉頂端的集合,波的作用是使陀螺圍繞的軸線稍微傾斜。
一種磁性材料被暴露在兩束激光中,這兩束激光的電場方向相反。該材料將光散射回來。如果兩束激光的散射光的強度有差異,那麼該材料就處於拓撲相位。資料來源:Jörg Harms, MPSD
一個拓撲磁子相位與可以沿著樣品的邊緣攜帶磁子電流的通道有關。研究人員希望這種邊緣通道能夠被用來在未來的自旋電子學設備中攜帶信息,類似於電子設備中使用電流傳輸信號的方式。然而,在這種技術能夠實現之前,科學家需要找到一種方法來驗證一個磁相是否是拓撲的。
跨大西洋研究小組研究了一類結構上類似於石墨烯的磁性材料,並將它們暴露在具有右旋或左旋偏振的激光下,其中激光的電場圍繞激光束的軸線順時針或逆時針轉動。研究人員分析了材料上的散射光,並表明,如果兩個偏振的散射強度不同,則該材料處於拓撲相位。相反,如果散射光的強度沒有差異,那麼材料就不處於拓撲相位。因此,散射光的特性可作為這些磁性材料中拓撲相的明確指標。
主要作者Emil Viñas Boström表示,該技術很容易部署,也可以擴展到其他準粒子。拉曼散射是許多實驗室都有的標準實驗技術,結果同樣適用於由聲子、激子或光子組成的其他類型的系統。
從長遠來看,希望磁子可以被用來構建更可持續的技術設備,並大大降低能源消耗。與電子設備相比,利用拓撲磁子電流有可能將未來設備的能耗降低約1000倍–儘管在達到這一點之前還有很多問題需要解決。