133611
Az MTA hírei
Vissza
2014. 02. 24.

Akadémiai kutatók felfedezése új fejezetet nyithat az optikai jeltovábbításban

Az MTA-BME Kondenzált Anyagok Kutatócsoport szakemberei által nemzetközi összefogásban elért eredmények az optikai adatrögzítéstől és jeltovábbítástól a bioszenzorok fejlesztéséig rendkívül széles körben hasznosulhatnak. A kutatók által felfedezett optikai jelenségről szóló cikket a rangos Nature Communications folyóirat közölte.

Kézsmárki István
Kézsmárki István

"Ferromágneses és ferroelektromos anyagok az informatika több területén is használatosak, például a számítógépek merevlemezében vagy az FeRAM-memóriákban. Az úgynevezett multiferroikus anyagoknál a ferromágneses és ferroelektromos tulajdonság együttesen, összekapcsolódva jelentkezik, azaz ezeknek az anyagoknak mind a mágnesezettsége, mind az elektromos polaritása irányítottan változtatható. Az utóbbi két évtizedben olyan anyagokat fedeztek fel, amelyek szobahőmérsékleten multiferroikus tulajdonságokat mutatnak. Ez új típusú, elektromosan és mágnesesen is írható-olvasható memóriák kifejlesztését teszi lehetővé, amelyek nagyobb kapacitásúak, ugyanakkor működtetésük kevesebb energiát igényel" – körvonalazta Kézsmárki István, a Mihály György akadémikus vezette MTA-BME Kondenzált Anyagok Kutatócsoport tudományos főmunkatársa kutatási területe sajátosságait az mta.hu-nak.

     A friss felfedezés lényege az, hogy ezen anyagok kettős karaktere optikai tulajdonságaikban is tetten érhető: képesek megkülönböztetni az egymással szemben haladó fénynyalábokat, az egyiket átengedik, a vele szemből érkezőt viszont nem. "Mintha egy egyirányú utca végén stoptábla tiltaná a behajtást – érzékeltette a jelenséget Kézsmárki István. – De a kutatásaink arra is rávilágítottak, hogy mágneses, illetve elektromos térrel kontrollálni, változtatni tudjuk, merrefelé legyen egyirányú az utca, azaz melyik irányba legyen átlátszó az anyag. Ennek segítségével mágnesesen és elektromosan kapcsolható optikai egyenirányítókat hozhatunk létre."

     A felfedezés további anyagtudományi kutatásokhoz adhat fontos támpontokat. "Nehéz megmondani, miképpen lehet olyan anyagokat szintetizálni, amelyek szobahőmérsékleten multiferroikusak. Az optikai spektrosztkópiai vizsgálatok viszont kiválóan alkalmasak a multiferroikus tulajdonsághoz szükséges anyagi paraméterek feltérképezésére és a jelenségkör mélyebb megértésére" – mondta el a kutató.

Multiferroikus anyagokban a fotonok elnyelődése egyszerre kelt mágneses oszcillációkat (zöld nyilak) és elektromos polarizáció hullámokat (piros nyilak). Ennek következtében a multiferroikus anyagok különbséget tesznek az ellentétesen haladó fénynyalábok között: az egyik irányban terjedőt átengedik, a másikat elnyelik.

Multiferroikus anyagokban a fotonok elnyelődése
egyszerre kelt mágneses oszcillációkat (zöld nyilak) és elektromos polarizáció hullámokat (piros nyilak). Ennek következtében a multiferroikus anyagok különbséget tesznek az ellentétesen haladó fénynyalábok között: az egyik irányban terjedőt átengedik, a másikat elnyelik.

     A multiferroikus anyagok kapcsolható optikai egyenirányító funkciója más széles körű felhasználási területeket is ígér. Az internethálózatoknál is használatos optikai kábelekbe – ha a jeladó messze van – úgynevezett erősítőket építenek be, amelyek azonban nem kívánt hatásként a fény egy részét visszaverik az adóhoz. E zavarok kiszűrésére jelenleg optikai izolátorokat használnak, de a feladat megoldására a multiferroikus anyagok egyszerűbb, könnyebben integrálható és költséghatékony megoldást kínálnak, és alkalmazásukkal az adó és a vevő is könnyen felcserélhetővé válik.

     Ugyanez az elv használható ki optikai bioszenzorok fejlesztésénél. "Ezek az érzékelők a kis mennyiségben jelen lévő vírusok, baktériumok vagy biomolekulák kimutatására is alkalmasak lehetnek. A szenzor az optikai egyenirányítás mértékének megváltozásán keresztül jelzi a keresett anyagot" – hozott további példát a felhasználási lehetőségekre Kézsmárki István.