В течение последнего десятилетия или даже двух, сильные магнитные поля используются во множестве областей науки и техники, включая материаловедение, медицину и т.п. Однако, аппаратные средства, позволяющие получать такие магнитные поля, достаточно сильно отстают в развитии по сравнению с постоянно растущими потребностями. Не так давно исследовательская группа из университета Оттавы и некоторых других канадских научных учреждений нашла новый способ генерации магнитных полей большой силы при помощи импульсов лазерного света. Более того, этот же способ позволяет “включить и выключить” магнитное поле очень быстро, что открывает целый ряд совершенно новых перспектив для его практического использования.
Проделанная канадскими учеными работа базируется на результатах предыдущих исследований, которые были направлены на использование лазеров для ускорения процесса генерации магнитного поля. В этих исследованиях импульсы лазерного света использовались для обеспечения движения электронов в плазме по круговой траектории, но такой подход требует использования чрезвычайно мощных лазеров, которые сами по себе являются редкостью и находятся в распоряжении лишь небольшого количества лабораторий во всем мире.
Во время новых исследований ученые использовали лазерный луч не с вихревой, как раньше, а с азимутально-векторной поляризацией. Электрическое поле в таком луче имеет форму радиальных кругов вокруг центра луча, и это поле заставляет электроны плазмы двигаться по кольцевой траектории, что генерирует магнитное поле, направленное вдоль направления луча лазерного света. Для синхронизации движения электронов используется свет второго лазера, частота которого в два раза выше частоты первого, и такой метод позволяет добиться ускоренного движения электронов в момент пика напряженности электрического поля, создаваемого светом первого лазера.
Проведенные расчеты показали, что импульс основного лазера с энергией 11.3 микроджоуля и дополнительный импульс с энергией 1.9 микроджоуля и удвоенной частотой способны сгенерировать магнитное поле, силой в 8 Тесла, которое продержится в течение 50 фемтосекунд времени. А чередование импульсов позволит получить импульсное магнитное поле, которое будет действовать практически постоянно. Однако, если использовать такой подход для изучения свойств магнитных материалов, то быстрое включение и выключение столь сильного магнитного поля, скорее всего, просто разрушит исследуемые образцы, для предотвращения такого потребуется ряд дополнительных защитных мер.
Однако, и в том виде, в котором он есть сегодня, новый лазерный метод создания сильных магнитных полей уже может быть использован в областях оптоэлектроники и спинтроники для создания быстродействующих ключей и переключателей, обеспечивающих работу устройств, построенных на основе упомянутых технологий.