Учените от Градския колеж на Ню Йорк (CCNY) постигнаха пробив в квантовата физика, като откриха, че в материали с дебелина от само няколко атома светлината, електрическият заряд и магнетизмът могат да взаимодействат пряко помежду си. Изследването на учените, публикувано в престижното списание Nature Materials проправя пътя към създаването на квантови технологии от ново поколение.

Работата, проведена под ръководството на физика Винод М. Менон от Лабораторията по нано и микрофотоника към CCNY е посветена на изучаването на така наречените „вандерваалсови магнитни полупроводници“. В тези материали светлината генерира специални квазичастици – екзитони, които са способни да взаимодействат с магнитния ред и магнитните вълни – магнони.

„В тези материали светлината и магнетизмът вече не са отделни канали. Екситонът не е просто пасивно възбуждане, предизвикано от светлината. Той може да „усеща“ спиновия ред и магноните, а при определени условия дори да помага за контролирането на самото магнитно състояние.“

обяснява Пратап Чандра Адак, водещ автор на изследването

Учените установиха, че екзитоните могат значително да усилват магнитооптичните ефекти, което позволява отчитането на магнитните състояния на материала чрез промяната в поляризацията на светлината. Освен това магнитният ред може да променя енергията на екзитоните и да влияе върху тяхната локализация. Взаимодействието между екзитоните и магноните свързва оптичните сигнали с магнитната активност при честоти от порядъка на гигахерците.

Сред потенциалните приложения на откритието са магнитофотонната памет, изцяло оптичните логически схеми, преконфигурируемите светодиоди, магнитооптичните лазери и поляритонните технологии. Особен интерес представляват квантовите преобразуватели, които ще могат да преобразуват сигнали между микровълновия и оптичния диапазон – ключова технология за бъдещите квантови мрежи.

Въпреки впечатляващия напредък, учените отбелязват, че голяма част от тази област остава неизследвана. За по-нататъшно развитие са необходими по-точни теоретични модели, способни да предсказват съвместното поведение на екзитони, електронни спинове, колебания на решетката и фотони.