Forskare vid Universitetet i Basel och ETH Zürich har vänt polariteten hos en specialiserad ferromagnet med en fokuserad laserstråle, utan att värma materialet. Denna prestation, som beskrivs i Nature, kombinerar elektroninteraktioner, topologi och dynamisk kontroll i ett enda experiment. Metoden pekar mot framtida ljusbaserade elektroniska kretsar på chip.
Ferromagneter bygger på samordnade elektronspins för att skapa stabila magnetfält, en process som vanligtvis kräver uppvärmning över en kritisk temperatur för att vända polariteten. Ett team ledd av prof. Dr. Tomasz Smoleński vid Universitetet i Basel och prof. Dr. Ataç Imamoğlu vid ETH Zürich har dock demonstrerat ett värmefritt alternativ med laserljus. nnForskarna använde ett material bestående av två atomtunna lager molybdenditellurid, staplat med en lätt vridning för att inducera ovanliga elektroniska egenskaper. Denna struktur gör det möjligt för elektroner att bilda topologiska tillstånd, som motstår smidig transformation likt skillnaden mellan en boll och en munk. I dessa tillstånd, oavsett om de är isolerande eller metalliska, alignar elektroninteraktionerna spinnen i en ferromagnetisk konfiguration. nnGenom att applicera en laserpuls ändrade teamet den kollektiva spinorienteringen och uppnådde en permanent omkoppling. „Vårt huvudsakliga resultat är att vi kan använda en laserpuls för att ändra den kollektiva orienteringen hos spinnen“, noterade Olivier Huber, doktorand vid ETH Zürich, som utförde mätningarna tillsammans med Kilian Kuhlbrodt och Tomasz Smoleński. Topologin påverkade omkopplingsdynamiken, och lasern möjliggjorde även skapandet av interna gränser för topologiska ferromagnetiska regioner. nnPolaritetsvändningen verifierades genom analys av ljus reflekterat från en andra, svagare laserstråle, vilket bekräftade spinreorienteringen i den mikrometerstora ferromagneten. „Det spännande med vårt arbete är att vi kombinerar de tre stora ämnena inom modern kondenserad materiefysik i ett enda experiment: starka interaktioner mellan elektronerna, topologi och dynamisk kontroll“, förklarade Imamoğlu. nnResultaten publiceras i Nature under titeln „Optical control over topological Chern number in moiré materials“, med författare inklusive O. Huber, K. Kuhlbrodt m.fl. (DOI: 10.1038/s41586-025-09851-w). Smoleński ser framför sig att använda tekniken för att optiskt skriva anpassningsbara topologiska kretsar på chip, potentiellt för precisionsmätningar som miniatyrinterferometrar för detektering av svaga elektromagnetiska fält.
