Revolutionerande ljusteknik: Nya vägar inom materialforskning upptäckts!

Revolutionerande ljusteknik: Nya vägar inom materialforskning upptäckts!

Ett team av fysiker från universitetet i Konstanz, med Davide Bossini i spetsen, har utvecklat en anmärkningsvärd metod som gör det möjligt att förändra materialens egenskaper med hjälp av ljus. Denna innovativa teknik syftar till att excitera magnetiska tillstånd i material, vilket kan revolutionera överföringen och lagringen av information vid rumstemperatur i terahertzområdet. Detta kan vara avgörande för framtiden för datateknik.

Processen är baserad på allmänt tillgängliga, naturligt odlade kristaller, särskilt hematit, och kräver inga sällsynta material. Denna forskning, publicerad i juni 2025, presenterades i detalj i tidskriften "Science Advances". Idén att använda magnoner, de kollektiva spinnexcitationerna i magnetiska material, som informationsbärare möter den växande efterfrågan på ny teknik för att bearbeta stora mängder data.

Tekniska innovationer genom magnoner

Fram till nu kunde magnoner bara exciteras i sina lägsta frekvenstillstånd. Den nya processen tillåter dock exakt kontroll av frekvensen, amplituden och livslängden för dessa kvantpartiklar. Detta sker genom direkt optisk excitation av magnonpar, vilket resulterar i icke-termiska förändringar i materialets magnetiska egenskaper. Bossini beskriver detta fenomen som en tillfällig modifiering av materialets "magnetiska DNA".

Hematit, materialet som används, har en intressant historisk betydelse eftersom det en gång användes i sjöfart för kompasser. Resultaten av forskningen tyder på att ljusinducerade Bose-Einstein-kondensat från högenergimagnoner är möjliga vid rumstemperatur. Detta skulle kunna möjliggöra forskning om kvanteffekter utan komplex kylning.

Superströmmar vid rumstemperatur

En separat men relaterad forskning av fysiker ledd av professor Dr. Burkard Hillebrands vid Kaiserslauterns tekniska universitet fick nyligen ett genombrott. De kunde upptäcka en superström av magnoner vid rumstemperatur för första gången. Teoretiska fysiker från Israel och Ukraina var också involverade i denna studie. Dessa fynd kan avsevärt öka effektiviteten i framtida databehandling.

Dessa nya supraledare uppvisar kvantfenomen som normalt bara inträffar vid temperaturer under fryspunkten. Hillebrands lyfter fram den viktiga roll som makroskopiska kvanttillstånd spelar i framtida teknologi, medan forskare använder Bose-Einstein-kondensat för att utforska kvantvärldens lagar relaterade till superströmmar.

Som kvantpartiklar av spinnvågor i magnetiska material är magnoner lätta att skapa, modifiera och upptäcka, samtidigt som de förbrukar lite energi. Detta framsteg öppnar för nya tillämpningar inom grundforskning och kan utgöra ett alternativ till konventionella halvledarteknologier.

Kvantfysik och nya material

Dessutom har ett internationellt forskarlag, inklusive universitetet i Würzburg, utvecklat en speciell form av supraledning som potentiellt skulle kunna främja utvecklingen av kvantdatorer. Supraledare är kända för att leda elektricitet utan motstånd, vilket gör dem till idealiska kandidater för elektroniska komponenter i högteknologiska enheter.

Forskargruppen konstruerade en hybridkomponent gjord av en stabil supraledare och en topologisk isolator. Denna kombination gör att supraledande egenskaper kan kontrolleras exakt av externa magnetfält, vilket leder till ett exotiskt tillstånd där supraledning och magnetism samexisterar. Denna nya design kan stabilisera kvantbitar och erbjuda lovande utsikter för framtida kvantdatorer.

De olika forskargruppernas upptäckter inom kvantfysik och nya material visar att vetenskapen befinner sig i en vändpunkt. Fynden om magnoner och supraledare ger inte bara insikter i grundläggande fysik, utan också praktiska tillämpningar som kan förändra hur data bearbetas i framtiden.

Denna viktiga forskning är en del av större projekt som stöds av olika institutioner och finansieringsprogram, såsom Cluster of Excellence ct.qmat vid universitetet i Würzburg och German Research Foundation (DFG). Samarbete mellan internationella forskare skulle kunna bana väg för innovativ teknik inom databehandling och kvantberäkning. Ytterligare information om detta arbete finns i originalpublikationerna från relevanta forskarlag.

För mer information läs rapporterna från Universitetet i Konstanz, Chemie.de och Universitetet i Würzburg.