Ny kunskap om laserpulser kan ge strömsnålare datorer

Projektanslag 2022 Teknik, fysik matematik

Vad händer när en stark laserpuls träffar ett material? Om vi kan förstå det på mikroskopisk, kvantmekanisk nivå öppnar det för nya typer av informationsteknologi som dessutom kommer att vara väldigt energisnål.

Projektanslag 2022

Projekt:
Light-matter interaction in the ultrafast regime

Huvudsökande:
Professor Anna Delin

Medsökande:
Uppsala universitet
Hermann Dürr
Olle Eriksson
Olof Karis

Lärosäte:
KTH

Beviljat anslag:
25 200 000 kronor under fem år

Med en tillräckligt stark laser- eller ljuspuls är det möjligt att tillfälligt helt ändra ett materials egenskaper. Exempelvis går det att omvandla en halvledare till en metall, eller skapa ett magnetiskt material av ett omagnetiskt. På det här viset är det även möjligt att skapa topologiska magnetiska virvlar och dynamiska strukturer. Dynamiska strukturer som lever kvar långt efter att laserstrålen stängts av.

– De speciella egenskaperna hos den här typen av magnetiska virvlar gör att man kan lagra information i dem, och även styra hur de rör sig med hjälp av väldigt små strömmar. Det gör dem intressanta som grund för mycket energisnål informationsteknologi i framtiden, säger Anna Delin.

Forskning på femtosekundnivå

Hur förvandlingen av materialen går till när en stark laserpuls tränger in och varför materialen beter sig så här – det är frågor Anna Delin och hennes forskargrupp ska fokusera på i projektet. För att svara på dessa frågor behöver man i detalj undersöka hur elektronerna i materialet rör sig, konstaterar hon. Eftersom elektronerna rör sig väldigt snabbt behövs ultrasnabb laserteknologi för att kunna observera deras rörelser experimentellt. Det handlar om förlopp som sker på en tidsskala av femtosekunder som forskningsmetoderna måste kunna hantera, enligt Anna Delin.

– En femtosekund är ett mycket kort ögonblick, den förhåller sig till en sekund som en sekund förhåller sig till ungefär 32 miljoner år. På en femtosekund hinner en ljusstråle tillryggalägga en sträcka som motsvarar diametern hos ett typiskt virus, säger hon. 

Kunskapen som skapas i projektet är central för framtida informationsteknologi som till exempel kvantbaserade datorer, förlustfri spinntronik och minnesteknologi för neuromorfiska datorer, det vill säga datorer som efterliknar hjärncellernas funktion.

Text Håkan Soold
Bild  Jann Lipka