وميض ليزر يقلب مغناطيسا في إنجاز كبير للتحكم بالضوء

نجح العلماء في قلب قطبية مغناطيس باستخدام نبضة من ضوء الليزر فقط، دون الحاجة إلى تسخينه، في إنجاز قد يفتح الباب أمام جيل جديد من الدوائر الإلكترونية التي يمكن التحكم فيها بالضوء.

تعتمد المغناطيسية في المواد على اصطفاف ما يعرف بلفات الإلكترونات، وهي خاصية تولد مجالا مغناطيسيا صغيرا لكل إلكترون، وعندما تصطف أعداد كبيرة من هذه الإلكترونات في الاتجاه نفسه، يتكون مجال مغناطيسي قوي ومستقر.

في الظروف التقليدية يتطلب تغيير اتجاه المغناطيس تسخينه إلى درجة حرارة مرتفعة تؤدي إلى تفكك هذا الاصطفاف، ثم إعادة تشكله في اتجاه جديد عند التبريد، لكن في هذه الدراسة تمكن الباحثون من تحقيق نفس النتيجة باستخدام الضوء فقط دون أي ارتفاع في درجة الحرارة.

اعتمدت التجربة على مادة خاصة مكونة من طبقتين رقيقتين جدا من شبه موصل عضوي، تم ترتيبهما بزاوية دوران طفيفة بينهما، هذا التركيب الدقيق يؤدي إلى سلوك إلكتروني غير اعتيادي يسمح بظهور ما يعرف بالحالات الطوبولوجية.

في هذه الحالات يمكن للإلكترونات أن تتنظم بطرق مميزة لا يمكن تغييرها تدريجيا، بل تحتاج إلى تحول نوعي بين حالة وأخرى، وقد تمكن العلماء من التحكم في هذه الحالات باستخدام الليزر، مما أدى إلى تغيير جماعي في اتجاه لفات الإلكترونات، وبالتالي قلب قطبية المغناطيس بالكامل.

الأمر اللافت أن هذا التغيير لم يكن مؤقتا، بل استمر حتى بعد انتهاء نبضة الليزر، ما يعني إمكانية استخدام هذه التقنية في تخزين المعلومات أو إعادة تشكيل الدوائر الإلكترونية بشكل دائم.

كما أظهرت التجارب أن الليزر لا يقتصر دوره على قلب المغناطيس، بل يمكنه أيضا إنشاء مناطق داخل المادة ذات خصائص مغناطيسية وطوبولوجية مختلفة، وهو ما يسمح ببناء هياكل دقيقة للغاية داخل شريحة إلكترونية واحدة.

وللتأكد من نجاح العملية استخدم الباحثون شعاع ليزر ثان أضعف لتحليل الضوء المنعكس من المادة، مما أتاح لهم تحديد اتجاه لفات الإلكترونات بدقة.

تشير هذه النتائج إلى إمكانية تطوير تقنيات جديدة تستخدم فيها أشعة الليزر لكتابة دوائر إلكترونية مرنة وقابلة للتعديل مباشرة داخل المواد، وهو ما قد يحدث تحولا كبيرا في تصميم الحواسيب وأجهزة الاستشعار فائقة الدقة في المستقبل.