激光刚刚解锁了金、铜和铝的隐藏面
一组科学家开发了一种强大的新方法来检测铜、金和铝等常见金属中的细微磁信号——只使用光和巧妙的技术。 他们的研究最近发表在著名期刊上自然通讯，可能为从智能手机到量子计算等各个领域的进步铺平道路。 长期存在的谜题：为什么我们看不到光学霍尔效应？ 一个多世纪以来，科学家们已经知道电动电流在磁场中弯曲——这种现象称为霍尔效应。 在铁等磁性材料中，这种效应很强，而且是众所周知的。 但在铜或金等普通非磁性金属中，效果要弱得多。 从理论上讲，一种相关的现象——光学霍尔效应——应该可以帮助科学家可视化光和磁场相互作用时电子的行为。 但在可见光波长下，这种效应仍然太微妙而无法检测到。 科学界已经知道它就在那里，但缺乏测量它的工具。 “这就像几十年来试图在嘈杂的房间里听到耳语，”教授说。 阿米尔·卡普阿。 “每个人都知道耳语就在那里，但我们没有足够灵敏的麦克风来听到它。” 破解密码：仔细看看由博士领导的无形 。 候选人 Nadav Am Shalom 和教授。 希伯来大学电气工程与应用物理研究所的 Amir Capua 与教授合作。 闫冰海 来自宾夕法尼亚州立大学魏茨曼科学研究所和教授。 曼彻斯特大学的伊戈尔·罗詹斯基，该研究重点关注物理学中的一个棘手挑战：如何检测非磁性材料中的微小磁效应。 “你可能会认为铜和金等金属具有磁性'安静'——它们不像铁那样粘在冰箱上，”教授解释道。 卡普亚。 “但实际上，在适当的条件下，它们确实会对磁场做出反应——只是在极端情况下微妙的方式。 挑战一直是如何检测这些微小的影响，尤其是在激光源容易获得的可见光谱中使用光。 到目前为止，信号太微弱而无法观察到。 调高磁耳语的音量 为了解决这个问题，研究人员升级了一种称为磁光克尔效应 （MOKE） 的方法，该方法使用激光来测量磁性如何改变光的反射。 可以把它想象成使用大功率手电筒在黑暗中捕捉表面上最微弱的光芒。 通过将 440 纳米蓝色激光器与外部磁场的大振幅调制相结合，他们显着提高了该技术的灵敏度。 结果：他们能够拾取铜、金、铝、钽和铂等非磁性金属中的磁性“回波”——这一壮举以前被认为几乎不可能。 为什么重要：当噪声成为信号时 霍尔效应是半导体工业和原子尺度材料研究：它可以帮助科学家计算出金属中有多少电子。 但传统上，测量霍尔效应意味着将细线物理连接到设备上，这个过程既耗时又棘手，尤其是在处理纳米尺寸的组件时。 然而，新方法要简单得多：它只需要将激光照射在电气设备上，不需要电线。 深入挖掘，团队发现他们的信号中看似随机的“噪声”根本不是随机的。 相反，它遵循一种与称为自旋轨道耦合的量子特性相关的清晰模式，该特性将电子的移动方式与它们的自旋方式联系起来——这是现代物理学中的一个关键行为。 这种联系也会影响磁能在材料中的耗散方式。 这些见解对磁存储器、自旋电子器件甚至量子系统的设计具有直接影响。 “这就像在收音机上发现静电一样不仅仅是干扰，而是有人低声说出有价值的信息，“博士说。 候选人阿姆·沙洛姆。 “我们现在正在使用光来'聆听'来自电子的这些隐藏信息。” 展望未来：自旋和磁性的新窗口 该技术提供了一种非侵入性、高度灵敏的工具来探索金属中的磁性，而无需大量磁体或低温条件。 它的简单性和精确性可以帮助工程师构建更快、更节能的处理器系统和传感器具有前所未有的精度。 “这项研究将一个近 150 年历史的科学问题变成了一个新的机会，”教授说。 卡普亚。 “有趣的是，即使是发现霍尔效应的最伟大的科学家埃德温·霍尔也试图用一束光来测量他的效应，但没有成功。 他在 1881 年著名论文的结尾句中总结道：“我认为，如果银的作用是铁的十分之一，那么效果会被检测到。 没有观察到这种影响。 （E. 霍尔，1881 年）。 ：“通过调谐到正确的频率，并知道在哪里看，我们找到了一种方法来测量曾经被认为看不见的东西。