#
Понад півтора століття фізики-магнетики стикалися з загадкою: теоретично в звичайних металах, таких як мідь і золото, повинні існувати слабкі магнітні сигнали, проте їх виявлення здавалося неможливим. Довгі роки вчені билися над цією проблемою, але лише недавно, завдяки проривному поєднанню звичайного синього лазера та інноваційної методики, таємне стало явним – був зафіксований оптичний ефект Холла, який довгий час залишався невловимим.
#
Революція в розумінні магнетизму: нові горизонти для технологій
#
Цей феноменальний прорив, що відкриває небачені раніше магнітні властивості металів, не просто задовольняє давню наукову потребу. Це маяк, який вказує шлях до нових технологічних кордонів. Уявіть собі світ, де квантові обчислення стають доступнішими, електронні пристрої працюють швидше і ефективніше, а необхідність в проводах зникає зовсім – все це стає можливим завдяки відкриттю, яке може перевернути наше уявлення про магнетизм.
#
Загадковий Шепіт матерії: розкриття оптичного ефекту Холла
#
Вчені давно знали, що електричний струм згинається під впливом магнітних полів – ефект Холла, добре вивчений в магнітних матеріалах, таких як залізо. Однак у немагнітних металах, таких як мідь та золото, цей ефект був надзвичайно слабким і майже не виявлявся. Теоретично передбачався оптичний ефект Холла, заснований на взаємодії світла і магнітних полів, але спроби його експериментально підтвердити протягом більш ніж століття були марні.
#
“Це було схоже на спробу почути Шепіт у шумному залі, знаючи, що він там є, але не маючи мікрофона, здатного вловити його”, – говорить професор Амір Капуа, один з керівників дослідження.
#
Команда дослідників: об’єднання зусиль для вирішення наукового виклику
#
Під керівництвом кандидата наук Надава Ам-Шалома та професора Аміра Капуа, а також у співпраці з професорами Дж. Бінхай Ян (Пенсильванський державний університет) та ігор Рожанський (Манчестерський університет), команда дослідників зосередилася на складному завданні: виявити крихітні магнітні ефекти в матеріалах, які зазвичай вважаються “магнітно-мовчазними”.
#
“Можна уявити такі метали, як мідь і золото, як такі, що не прилипають до холодильника”, – пояснює професор Капуа. – “Але, в певних умовах, вони дійсно реагують на магнітні поля – хоч і дуже тонко”.
#
Інноваційний підхід: посилення сигналу за допомогою синього лазера
#
Ключовим моментом прориву стало вдосконалення методу магнітооптичного ефекту Керра (MOKE), який вимірює зміни у відбитті світла, викликані магнетизмом. Застосування 440-нанометрового синього лазера в поєднанні з модуляцією зовнішнього магнітного поля дозволило значно збільшити чутливість методу. Результатом стало захоплення ледь помітного “магнітного відлуння” в таких матеріалах, як мідь, золото, алюміній, тантал і платина.
#
Більше, ніж просто шум: виявлення прихованої закономірності
#
На подив вчених,” шум”, який з’являвся в їх сигналах, виявився не випадковим, а підпорядковувався чіткій закономірності. Ця закономірність виявилася пов’язаною з квантовим явищем, відомим як спін-орбітальний зв’язок – фундаментальною концепцією сучасної фізики, яка пов’язує рух електронів і їх обертання.
#
“Це все одно, що виявити, що статичні перешкоди в радіоприймачі – це не просто перешкоди, а чиєсь Шепіт, що передає цінну інформацію”,-додає кандидат наук Ам – Шалом. – “Тепер ми використовуємо світло, щоб “слухати” ці приховані повідомлення від електронів”.
#
Практичне застосування: від нових процесорів до квантових систем
#
Цей прорив має далекосяжні наслідки для широкого спектру додатків. Він відкриває нові можливості для створення більш швидких процесорів, більш енергоефективних електронних пристроїв, датчиків з безпрецедентною точністю, а також для розробки нових типів магнітної пам’яті і спінтронних пристроїв. Крім того, він може зіграти важливу роль у розвитку квантових систем.
#
Вплив на майбутнє: неінвазивний та високочутливий метод вивчення магнетизму
#
Новий метод пропонує неінвазивний і високочутливий інструмент для вивчення магнетизму в металах, дозволяючи уникнути необхідності використання масивних магнітів або роботи в кріогенних умовах. Завдяки своїй простоті і точності, він здатний зробити революцію в матеріалознавстві та інженерній справі.
#
“Це дослідження переписує майже 150 – річну наукову проблему в нову можливість”, – підсумовує професор Капуа.
#
Ехо Холла: повернення до витоків
#
Цікаво, що сам Едвін Холл, першовідкривач знаменитого ефекту Холла, безуспішно намагався виміряти його за допомогою променя світла. У своїй основоположній статті 1881 року він писав: «Я думаю, що якби дія срібла була на десяту частину меншою, ніж у заліза, ефект був би виявлений. Такого ефекту не спостерігалося”»
#
“Налаштувавшись на потрібну частоту і знаючи, де шукати, ми знайшли спосіб виміряти те, що колись вважалося невидимим”.
#
Посилання на публікацію:
#
Надав Ам-Шалом, Аміт Ротшильд, Нірел Бернштейн, Майкл Малка, Бенджамін Ассулін, Даніель Каплан, Тобіас Холдер, Бінхай Ян, ігор Рожанський та Амір Капуа. “Чутливий метод МОУКА та оптичного ефекту Холла на видимих довжинах хвиль: розуміння загасання Гільберта”.Nature Communications, 2025.
#
DOI: 10.1038/s41467-025-61249-4
##
