Vědci z Cornellu vytvořili silné magnetické pole pomocí světla a metasurface bez magnetů

Vědci z Cornell University přišli s novým přístupem, jak generovat silná statická magnetická pole – bez pomoci externích magnetů nebo jakýchkoli magnetických materiálů. Klíčem k jejich metodě je speciálně navržená metasurface, umělá struktura tvořená subvlnovými prvky, která dokáže zachytit a manipulovat světlem způsobem, jaký přirozené materiály neumožňují.

Podstatou objevu je využití interakce světla s touto strukturou tak, aby vznikl magnetický efekt, který se doposud dosahoval výhradně pomocí permanentních magnetů, elektromagnetů nebo materiálů s vlastními magnetickými vlastnostmi. Metasurface funguje jako past pro světlo – zachytává fotony a mění jejich vlastnosti tak, že výsledná interakce generuje silné statické magnetické pole. Tento princip se opírá o jemné doladění geometrie a uspořádání nanostruktur na povrchu materiálu, díky čemuž lze ovlivnit chování světla na úrovni, která byla dříve nedosažitelná.

Tým z Cornell University tímto experimentem prokázal, že magnetická pole lze vytvářet čistě opticky, bez tradičních zdrojů magnetismu, což otevírá zcela novou cestu k ovládání magnetických jevů na velmi malých prostorových škálách. Taková miniaturizace by mohla mít zásadní dopad na řadu technologických oborů, které dosud byly závislé na objemných magnetech nebo složitých elektromagnetických systémech.

Podle výzkumníků má tento objev potenciál výrazně posunout hned několik oblastí moderní fyziky a technologií. Jednou z nich je spintronika, obor, který využívá spin elektronů namísto klasického elektrického náboje k přenosu a zpracování informací. Silná a přesně kontrolovatelná magnetická pole generovaná na požádání by mohla umožnit vývoj kompaktnějších a efektivnějších spintronických zařízení, jaké se dosud kvůli technickým omezením nepodařilo realizovat.

Dalším oborem, který by mohl z tohoto objevu těžit, je kvantové počítačství. Mnoho kvantových systémů, ať už jde o kvantové bity založené na supravodivých obvodech, nebo na jiných fyzikálních principech, vyžaduje přesně definovaná magnetická pole pro manipulaci s kvantovými stavy. Možnost generovat taková pole pomocí kompaktní optické struktury by mohla zjednodušit architekturu kvantových procesorů a snížit nároky na jejich chlazení a stínění, což jsou v současnosti jedny z hlavních technických překážek při škálování kvantových počítačů.

Fotonické počítačství, tedy zpracování informací pomocí světla namísto elektrických signálů, je dalším odvětvím, kde by nová metoda mohla najít uplatnění. Vzhledem k tomu, že celý proces generování magnetického pole je založen na interakci se světlem, nabízí se přirozená integrace s existujícími fotonickými systémy. To by mohlo vést k hybridním zařízením, která kombinují výhody optického přenosu dat s magnetickými efekty potřebnými pro určité typy zpracování informací.

Významnou oblastí, kterou by objev mohl ovlivnit, je také ukládání dat. Magnetická paměťová média, jako jsou pevné disky, dlouhodobě spoléhají na schopnost precizně měnit magnetický stav malých oblastí materiálu. Pokud by bylo možné tento proces řídit pomocí světla a metasurface namísto klasických magnetických hlaviček, mohlo by to vést k rychlejším a energeticky úspornějším metodám zápisu dat.

Výzkumníci zdůrazňují, že hlavní předností jejich přístupu je absence potřeby externích magnetů či magnetických materiálů, což zásadně zjednodušuje konstrukci zařízení, která by tento princip využívala. Tradiční magnetické systémy totiž často vyžadují objemné komponenty, silné elektrické proudy nebo speciální materiály s omezenou dostupností. Optický přístup založený na metasurface by tak mohl vést k výrazně menším, lehčím a potenciálně levnějším zařízením.

Přestože jde zatím o laboratorní demonstraci principu, tým z Cornell University věří, že jejich práce položila základ pro další výzkum v této oblasti. Otevírá se tak prostor pro vývoj praktických aplikací, které by mohly během několika let najít uplatnění v elektronice, výpočetní technice i datových technologiích. Podrobnosti o konkrétním časovém horizontu praktického využití však vědci zatím neuvádějí, stejně jako přesné datum, kdy byl experiment proveden.