Justin Song:…plasmonen… (afb (NTU, Singapore)
Sommige metalen kun je magnetiseren door ze bloot te stellen aan een elektromagnetisch veld. Onderzoekers van de technische universiteit van Nanjang (China) in Singapore (kennelijk een dependance) en het Niels Bohrinstituut in Kopenhagen denken dat niet-magnetische metalen kunnen worden gemagnetiseerd met behulp van (laser)licht.
De onderzoekers verwachten dat niet-magnetische metalen gemagnetiseerd kunnen worden door lineair gepolariseerd licht. Als je daarmee een metalen schijf bestraald, dan zouden er elektrische stroompjes ontstaan waardoor het materiaal magnetisch zou kunnen worden. Daarmee zou je non-ferrometalen naar wens magnetisch kunnen maken.
Die theorie schijnt bedacht te zijn door Justin Song, die zowel in Singapore als Kopenhagen werkzaam is. Het idee is gepubliceerd in Nature Physics.
Als het komt dan hebben we een nieuwe kijk te pakken op de wisselwerking tussen licht het vastestof. Voorlopig gaat het nog maar om berekeningen en numerieke simulaties.
Song en zijn kompaan Mark Rudner van het Niels-Bohrinstituut wilden onderzoeken hoe plasmonen (plaatselijke ladingsverandering in metalen) en de oscillerende elektrische velden die ze veroorzaken gebruikt kunnen worden om materiaaleigenschappen te veranderen. Zoals licht bestaat uit fotonen (lichtdeeltjes) zo bestaat een plasmaoscillatie uit plasmonen. Die plasmonen gedragen zich als een soort deeltjes. Plasmonen ‘huppelen’ op en neer en bewegen zich in dezelfd3e richting als het veld dat ze voortdrijft (zoals de polarisatierichting van het licht).
Als de lichtbron niet al te sterk is dan kunnen de plasmonenen in de metalen schijf gaan draaien; linksom of rechtsom. “Dat is het teken dat er materiaaleigenschappen worden veranderd. We vonden dat als het sterke inwendige veld van een plasmon de elektronenbandstructuur van het materiaal verandert, dat dan ook het plasmon wordt omgevormd. Daardoor komt een terugkoppeling tot stand waardoor het plasmon links- of rechtsdraaiend wordt.” Die draaiende beweging veroorzaakt magnetisering (dus).
Grafeen
“Voor een elektron in een materiaal is een elektrisch veld een elektrisch veld”, zegt Rudner. “Het maakt dan niet uit of het door plasmonen is geproduceerd in het materiaal zelf of door er licht op te laten vallen.” De twee wetenschappers maakten theoretisch aannemelijk onder welke voorwaarden de terugkoppeling van de inwendige velden leidt tot een instabiliteit waardoor spontane magnetisering onstaat. Ze denken dat die omstandigheden te verwezenlijken zijn in hoogwaardige plasmonische materialen zoals grafeen.
Het idee om met licht materiaaleigenschappen te veranderen zou de laatste tijd veel aandacht krijgen, zegt het persbericht. Het duo vindt dat ze een stap verder zijn gegaan. Song: “We vonden dat plasmonen een soort eigen leven gaan leiden en er eigenschappen ontstaan die, noch in het materiaal waarin de plasmonen bewegen, noch in het gebruikte licht aanwezig zijn.”
Dit zogeheten emergent gedrag, het geheel is meer dan de som der delen, ontstaat wanneer deeltjes met elkaar wisselwerken. Ferromagnetisme en supergeleiding zijn daar voorbeelden van. Rudner: “Er moeten tal van fundamentele kwesties worden onderzocht over de aard van het onevenwicht dat spontaan de symmetrie verbreekt (= emergentie) zoals we voorspellen.” Volgens Song is de belangrijkste boodschap die we hiervan mee kunnen nemen dat uit collectieve bewegingen nieuwe fases kunnen ontstaan. “Als plasmonisch magnetisme mogelijk is wat is er dan nog meer te ontdekken?”
Bron: EurekAlert