Версия для слабовидящих
Физики объяснили влияние закрученного света на спин электронов Печать Email
Новости об инновациях
23.10.2015

Международная группа физиков-теоретиков показала,что предсказанная недавно возможность влиять на спины электронов закрученным светом может быть выведена на основе одного из фундаментальных уравнений современной физики — уравнения Дирака.Соответствующий математический вывод приведен в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.

dbbc30b11765423c35a875261de648d2_0.pngФормула Дирака

Два года назад в ведущем научном физическом журнале Physical Review Letters вышла удивительная статья сотрудников университета Арканзаса (США), в которой предсказывалось наличие взаимодействия между орбитальным моментом света, распространяющегося в среде, и магнитным моментом этой среды. Несмотря на то, что предсказание было основано на анализе относительно простых и давно известных классических уравнений, до 2013 года никто, по всей видимости, на наличие этого взаимодействия внимания не обращал.

Магнитным моментом среды называется величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Возникновение магнитного момента в веществе может быть вызвано или вращением заряженных частиц (обычно электронов) в нем, или собственным магнитным моментом этих частиц — так называемым спином.

Известно также, что если в веществе распространяется свет, имеющий ненулевой орбитальный момент (такая световая волна имеет необычную закрученную структуру,подробнее о которой можно почитать,например, здесь),то он может передать этот момент среде, придав вращение ей и  составляющим ее частицам. На этом явлении основана работа, например, оптических «гаечных ключей» (спаннеров), позволяющих при помощи лазерных импульсов закручивать микрообъекты.

Но если свет может закрутить среду, то он может закрутить и электроны в этой среде, создав тем самым магнитный момент. Именно это и было показано в опубликованной работе. Однако, в ней делалось и более сильно утверждение: с помощью закрученного света можно управлять и собственными магнитными моментами электронов, спинами, которые не связаны ни с какими механическими вращениями.

Это утверждение, однако, было сделано на основе исключительно соображений симметрии и неких общих формул электродинамики. Физическая же природа этого взаимодействия была ясна не до конца. Чтобы решить эту проблему, два автора статьи в Physical Review Letters совместно с группой теоретиков из университета Уппсалы (Швеция) и университета Париж-Сакле (Франция) рассмотрели вывод предсказанного взаимодействия из уравнения Дирака — фундаментального уравнения квантовой физики, описывающего движение электрона с учетом наличия у него спина, а также релятивистских эффектов. Этот вывод и был опубликован в новой статье.

Оказалось,что связь между орбитальным моментом света и спином электрона, которое авторы называют орбитальным магнитоэлектрическим,во многом аналогична хорошо известному в атомной физике спин-орбитальному взаимодействию между спином электрона и его вращательным движением. Так же как и спин-орбитальное, орбитальное магнитоэлектрическое взаимодействие является чисто релятивистским эффектом,не требующим, однако, чтобы скорость частицы была близка к скорости света.

Орбитальное магнитоэлектрическое взаимодействие, по утверждению авторов работы, может объяснить многие уже известные магнитооптические эффекты, в том числе и те, которые до этого оставались непонятыми детально. Например, она объясняет существование так называемой спин-токовой модели в мультиферроиках, позволяющей управлять магнитными свойствами вещества при помощи электрических полей или наоборот,диэлектрическими свойствами при помощи магнитных полей.

Тоже взаимодействие дает вклад и в еще один важный эффект — возникновение магнитного поля при прохождении через вещество закрученного света. Это явление,известное как обратный эффект Фарадея,вызывает в последние годы повышенный интерес в связи с перспективностью его использования для сверхбыстрой магнитной памяти.

Пользуясь предсказанным новым типом магнито-оптического взаимодействия, авторы объясняют также и более традиционные эффекты, такие как плоский и аномальный эффекты Холла, а также анизотропное магнетосопротивление в ферромагнетиках. Это позволяет ожидать, что их работы будут полезны в стремительно развивающейся в наши дни спинтронике, в рамках которой разрабатываются принципиально новые способы передачи, хранения и управления информацией. Пока, однако, если судить по цитируемости обсуждаемых работ, большого интереса у других ученых они не вызвали.

Автор: Артем Коржиманов

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/fiziki-obyasnili-vliyanie-zakruchennogo-sveta-na-spin-elektronov

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта