Обратный эффект Фарадея в сверхпроводниках

Сотрудники Института физики микроструктур – филиала ИПФ РАН совместно с коллегами из Университета Бордо (Франция) теоретически продемонстрировали, что циркулярно-поляризованное электромагнитное излучение способно индуцировать магнитный момент в сверхпроводниках. Предсказанное явление, называемое обратным эффектом Фарадея, может позволить в будущем создать оптически управляемые элементы вычислительной электроники, работающие в терагерцовом диапазоне частот.

Изучение механизмов генерации магнитного момента в твёрдых телах с помощью электромагнитного излучения на протяжении долгого времени остаётся одной из наиболее многообещающих задач физики конденсированного состояния. Возможность создавать магнитные состояния с помощью циркулярно-поляризованной электромагнитной волны (обратный эффект Фарадея) была впервые предсказана в работе Л. П. Питаевского ещё в 1961 году, а затем экспериментально продемонстрирована в непроводящих образцах Eu⁺³:CaF, что послужило началом бурного развития исследований оптического управления магнитными состояниями в терагерцовом частотном диапазоне. Вместе с тем, механизмы оптической генерации магнитного момента в проводящих материалах до сих пор остаются слабо изученными.

Исследователям из Нижнего Новгорода и Бордо удалось построить теорию, объясняющую общие механизмы взаимодействия циркулярно-поляризованного излучения со сверхпроводниками – материалами с нулевым электрическим сопротивлением, которые являются перспективными для создания на их основе высокопроизводительных и энергоэффективных устройств вычислительной электроники. В частности, показано, что возникновение обратного эффекта Фарадея тесно связано с возбуждением коллективных колебаний сверхпроводящего параметра порядка и сменой знака эффекта Холла в сверхпроводящем состоянии в магнитном поле. Полученные результаты являются важным шагом к пониманию фундаментальных явлений на стыке оптики, магнетизма и сверхпроводимости и могут позволить реализовать принципиально новые сверхбыстрые механизмы оптического управления магнитными состояниями в устройствах сверхпроводящей электроники и спинтроники.

Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда (грант №18-72-10027).

Авторский коллектив: С. В. Миронов, А. С. Мельников, И. Д. Токман, В. Вадимов, Б. Лунис, А. И. Буздин.

Публикация:
S. V. Mironov, A. S. Mel’nikov, I. D. Tokman, V. Vadimov, B. Lounis, and A. I. Buzdin. “Inverse Faraday Effect for Superconducting Condensates” // Phys. Rev. Lett. 126, 137002 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.137002