Розроблено нову технологію створення сильних магнітних полів за допомогою імпульсів лазерного світла

Протягом останнього десятиліття або навіть двох, сильні магнітні поля використовуються в безлічі галузей науки і техніки, включаючи матеріалознавство, медицину тощо Однак, апаратні засоби, що дозволяють отримувати такі магнітні поля, досить сильно відстають у розвитку в порівнянні з постійно зростаючими потребами. Не так давно дослідницька група з університету Оттави і деяких інших канадських наукових установ знайшла новий спосіб генерації магнітних полів великої сили за допомогою імпульсів лазерного світла. Більш того, цей же спосіб дозволяє «включити і вимкнути» магнітне поле дуже швидко, що відкриває цілий ряд абсолютно нових перспектив для його практичного використання.

Виконана канадськими вченими робота базується на результатах попередніх досліджень, які були спрямовані на використання лазерів для прискорення процесу генерації магнітного поля. У цих дослідженнях імпульси лазерного світла використовувалися для забезпечення руху електронів в плазмі по круговій траєкторії, але такий підхід вимагає використання надзвичайно потужних лазерів, які самі по собі є рідкістю і знаходяться в розпорядженні лише невеликої кількості лабораторій у всьому світі.

Під час нових досліджень вчені використовували лазерний промінь не з вихровий, як раніше, а з азимутально-векторної поляризацією. Електричне поле в такому промені має форму радіальних кіл навколо центру променя, і це поле змушує електрони плазми рухатися по кільцевій траєкторії, що генерує магнітне поле, спрямоване вздовж напрямку променя лазерного світла. Для синхронізації руху електронів використовується світло другого лазера, частота якого в два рази вище частоти першого, і такий метод дозволяє домогтися прискореного руху електронів в момент піку напруженості електричного поля, створюваного світлом першого лазера.

Проведені розрахунки показали, що імпульс основного лазера з енергією 11.3 мікроджоулів і додатковий імпульс з енергією 1.9 мікроджоулів і подвоєною частотою здатні згенерувати магнітне поле, силою в 8 Тесла, яке протримається протягом 50 фемтосекунд часу. А чергування імпульсів дозволить отримати імпульсне магнітне поле, яке буде діяти завжди. Однак, якщо використовувати такий підхід для вивчення властивостей магнітних матеріалів, то швидке включення і виключення настільки сильного магнітного поля, швидше за все, просто зруйнує досліджувані зразки, для запобігання такого потрібно ряд додаткових захисних заходів.

Однак, і в тому вигляді, в якому він є сьогодні, новий лазерний метод створення сильних магнітних полів вже може бути використаний в областях оптоелектроніки і спінтроніки для створення швидкодіючих ключів і перемикачів, що забезпечують роботу пристроїв, побудованих на основі згаданих технологій. Джерело