빛의 비틀림으로 차세대 메모리 장치에 전력 공급 가능

철성 재료가 이 범주에 속합니다. 이러한 솔리드는 두 가지 개별 상태 간에 전환될 수 있습니다. 잘 알려진 예로는 반대 자기 방향 사이를 전환하는 강자성체와 반대되는 전기 분극을 유지할 수 있는 강유전체가 있습니다. 자기장이나 전기장에 반응하는 능력으로 인해 강성 재료는 많은 현대 전자 및 데이터 저장 장치의 필수 구성 요소가 되었습니다.

그러나 제한이 없는 것은 아닙니다. 하드 드라이브 근처의 강한 자기장과 같은 외부 방해에 민감하며 일반적으로 시간이 지남에 따라 성능이 저하됩니다. 이러한 과제로 인해 연구자들은 더욱 탄력적인 새로운 스토리지 접근 방식을 찾게 되었습니다.

강축 재료와 그 특이한 소용돌이 상태

강축성 재료는 강성 계열의 새로운 계열을 나타냅니다. 자기 또는 전기 분극 상태에 의존하는 대신 이러한 물질은 전기 쌍극자의 소용돌이를 포함합니다. 이러한 소용돌이는 순 자화나 순 전기 분극을 생성하지 않으면서 두 개의 반대 방향을 가리킬 수 있습니다. 그들은 극도로 안정적이고 외부 자기장에 자연적으로 저항력이 있지만, 동일한 안정성으로 인해 조작하기가 매우 어려워지고 이 분야의 과학적 진보가 제한됩니다.

테라헤르츠 광을 사용하여 강축 상태 전환

Andrea Cavalleri가 이끄는 팀은 이제 이러한 파악하기 어려운 상태를 제어하는 ​​방법을 시연했습니다. 연구진은 루비듐 철 디몰리브데이트(RbFe(MoO₄)2)라는 물질의 시계 방향과 반시계 방향의 강축 도메인 사이를 전환하기 위해 원형 편광 테라헤르츠 펄스를 사용했습니다.

주저자인 Zhiyang Zeng은 “우리는 테라헤르츠 펄스가 결정 격자의 이온을 원 모양으로 움직일 때 발생하는 합성 유효 장을 이용합니다.”라고 설명합니다. “이 유효장은 마치 자기장이 강자성체를 전환하거나 전기장이 강유전성 상태를 반전시키는 것처럼 강축 상태에 결합될 수 있습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.

원형 편파 펄스의 나선형 또는 비틀림을 변경함으로써 팀은 전기 쌍극자의 시계 방향 또는 시계 반대 방향 배열을 안정화할 수 있었습니다. 동료 저자인 Michael Först는 “이러한 방식으로 두 개의 강성 상태에서 정보 저장을 가능하게 합니다. 강축은 탈분극 전기장 또는 표류 자기장이 없기 때문에 안정적이고 비휘발성 데이터 저장을 위한 매우 유망한 후보입니다.”라고 말했습니다.

미래 초고속 정보 기술에 대한 시사점

Andrea Cavalleri는 “이것은 초고속 정보 저장을 위한 강력한 플랫폼 개발의 새로운 가능성을 열어주는 흥미로운 발견입니다.”라고 말했습니다. 그는 또한 이 연구가 비전통적인 물질 위상을 조작하기 위한 강력한 도구로서 2017년에 그룹이 처음 시연한 원형 포논 필드의 중요성이 커지고 있음을 강조한다고 덧붙였습니다.

이 연구는 막스 플랑크 협회(Max Planck Society)와 옥스퍼드 대학교와의 협력을 촉진하는 막스 플랑크 양자 재료 대학원 센터(Max-Planck Graduate Center for Quantum Materials)의 지원을 많이 받았습니다. 추가 지원은 우수성 클러스터 ‘CUI: Advanced Imaging of Matter’를 통해 Deutsche Forschungsgemeinschaft에서 제공됩니다. MPSD는 DESY 및 함부르크 대학교와 함께 자유 전자 레이저 과학 센터(CFEL)의 파트너이기도 합니다.