اشباه موصلات تتمغنط بالضوء
نبيل علي بكر | Nabeel A. Bakr
09/10/2020 القراءات: 1249
زاد الاهتمام بإلكترونيات أشباه الموصلات المعتمدة على الأكاسيد خلال الأعوام الماضية، وكان السبب في ذلك القدرة العالية على تشكيل طبقات ذرية بدقة عالية. من أهم المواد في هذا المجال المزدهر هي تيتانات السترونتيوم (SrTiO3)، اذ تمكّن مؤخرا" باحثون في مختبر لوس ألاموس الوطني في ولاية نيو مكسيكو الامريكية من مغنطة هذه المادة باستخدام الضوء، و استمر تأثير المغنطة لعدة ساعات.
يقول Scott Crooker المُشرف على المشروع انه لا يمكن للمرء أن يعتقد بأن هذه المادة قابلة للتمغنط اذ من المفترض أنها مادةٌ مفيدة جداً ولكن ليس كمادة ممغنطة. لذا عندما تم البدء بتعريضها للضوء تم الحصول على إشارات مغناطيسية قوية ومستمرة، وقد استمر هذا الأثر حتى بعد إزالة المنبع الضوئي. لقد كانت مفاجأة بالنسبة للفريق البحثي.
ازدادت الدراسات على خواص تيتانات السترونتيوم الكهربائية والضوئية على الرغم من أن المادة ليست حديثة العهد. في الوقع لقد سُجلت المادة منذ الخمسينيات في القرن العشرين، إلا أنها تراجعت أمام شعبية الزيركونيوم المكعب. وبالرغم من أن المادة تستخدم في المجالات الصناعية لقدرتها الكبيرة على عزل الكهرباء، إلا أن خواصها المغناطيسية لم تكن مفهومة بشكل جيد. وبعد ما أظهرته المواد القائمة على تيتانات السترونتيوم من خواص مغناطيسية لم تكن متوقعة ظهر اهتمام جديد في هذه المادة.
لقد ظهرت في الأعوام الأخيرة دلائل مُحيّرة على أنه من الممكن أن يكون لتيتانات السترونتيوم مواصفات أكثر مما هو متوقعٌ لها ، وقد كشفت العديد من التجارب حول العالم مواصفات التوصيلية الفائقة فضلا" عن المغناطيسية غير المتوقعة للمادة، وهذا ما أثار الاهتمام في هذه المادة.
هذا أمرٌ جديد بالكامل في مجال مواد الأكاسيد المشابهة للمادة المذكورة؛ وهو القدرة على ترك بصمة مغناطيسية في مادةٍ غير مغناطيسية. يكمن التحدي في فهم كيف ولماذا يحصل هذا الأثر، وأيضاً في رفع درجة الحرارة التي يمكن أن تتم فيها هذه النتائج. ما هو مثير في الأمر القدرة على استثمار هذه المادة في تخزين المعلومات بطريقةٍ ما وفي ورقةٍ بحثية منشورة في مجلةNature Materials ، أظهر الباحثCrooker وزملاؤه مؤخرا" جانباً جديداً للطبيعة المغناطيسية في مادة تيتانات السترونتيوم، حيث سجلوا ظهور حالة مغنطة في بلورات المادة تحت تأثير التحفيز الضوئي لها، وذلك عندما توضع في وسطٍ ذي أوكسجين منخفض.
وعبر استخدام العينات التي تم تحضيرها، أظهر Crooker وزملاؤه أن الضوء المستقطب دائرياً Circularly Polarized Light يستطيع أن يحفز نشوء عزم مغناطيسي طويل الأمد في بلورات تيتانات السترونتيوم، وذلك عندما تكون قيمة المجال المغناطيسي المسلط تساوي للصفر، بمعنى آخر، تم تشكيل خواص مغناطيسية في المادة بمعزلٍ عن أي مجال مغناطيسي.
ظهرت الإشارات بدرجات حرارة اقل من 18 كلفن، وتمكنت من الاستمرار لعدة ساعات عند درجات حرارة أقل من 10 كلفن، ويمكن التحكم بشدتها وإشارتها عبر الاستقطاب الضوئي الدائري للأطوال الموجية الزرقاء والخضراء التي تقع في المجال 400-500 نانومتر. وبذلك، فإنه يمكن القول بشكل مجازي أن عملية “كتابة” للأنماط المغناطيسية تمت على البلورة، وهذه الأنماط يمكن “قراءتها”، باستخدام الضوء فقط. تظهر هذه الآثار في البلورات ذات الشواغر الأوكسجينية، والتي يمكن أن تكشف عن تفاعل دقيق بين المغنطة، العيوب الشعرية، والضوء، ضمن هكذا بنية مادية معقدة من الأكاسيد.
تمت الترجمة بتصرف من قبل الاستاذ الدكتور نبيل علي بكر من الورقة البحثية المنشورة في مجلة:
Nature Materials: 13, 481–487 (2014) doi:10.1038/nmat3914
http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n5/full/nmat3914.html
اشباه موصلات ، تيتانات السترونتيوم ، مواد مغناطيسية
مواضيع لنفس المؤلف