وقتی الکترون‌های متحرک ماده‌ی سرد شده، به وسیله‌ی برهمکنش با شبکه‌ی پیرامونشان در تله می‌افتند، یک واکنش مگنتو اپتیکی بزرگ و شگفت انگیز رخ می‌دهد. 

ذخیره‌ی اطلاعات، حسگری و هدایت موج فقط برخی از کاربردهای موادی است که واکنش آن‌ها به نور در حضور میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. ریشه‌ی این اثر مگنتو اپتیکی (MO) معمولاً مغناطشِ خودِ ماده است. اکنون پژوهشگران دریافته‌اند که الکترون‌هایی که توسط اعوجاج شبکه‌ی کریستالی اطرافشان در تله گیر افتاده‌اند می‌توانند منجر به یک اثر MO بزرگ و شگفت انگیز شوند. تجمع چنین حالت‌های پولارونی در ماده را می‌توان با کشش تنظیم کرد، بنابراین یافته‌ی فوق ممکن است راهی برای کنترل مکانیکی یا الکترومکانیکی اثر MO را پیشنهاد دهد.

جراویس هرانز Geravis Herrans و همکارانش از موسسه‌ی علوم مواد در بارسلونای اسپانیا، روی لایه‌های نازکی از La2∕3Ca1∕3MnO3La2∕3Ca1∕3MnO3 تمرکز کرده‌اند؛ ماده‌ایی موسوم به منگانیت Manganite که به خاطر مقاومت مغناطیسی «غول‌آسا‌‌‌یش» معروف‌ است. الکترون‌ها درLa2∕3Ca1∕3MnO3La2∕3Ca1∕3MnO3  پولارون تشکیل می‌دهند و در 265K به کمترین تحرک می‌رسند. این دما، دمایی است که در آن مقاومت مغناطیسی بیشترین مقدار را دارد. گروه تحقیق، قطبش پرتوی نور را قبل و بعد از بازتاب از لایه با هم مقایسه کردند. آن‌ها دریافتند که در 256K که الکترون‌ها تشکیل پولارون می‌دهند، چرخش القایی پرتو در اثر میدان مغناطیسی 10 برابر بزرگتر از دماهای بالاتری است که در آن‌ها الکترون‌ها آزادانه حرکت می‌کنند. این چرخش میدان-القایی همچنین با محدوده‌ی طول موجی 350-750nm که بازه‌ی فعالیت اپتیکی پولارون‌هاست تغییر می‌کند.

علت مشارکت پولارون‌ها در اثر MO این است که نور آن‌ها را به «جست و خیزهای کوچک»‌ hop درون شبکه‌ی جامد برانگیخته کرده (موجب تغییر خواص اپتیکی‌ می‌شود) و فرکانس برانگیختگی نیز بسته به میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. در اغلب مواد سهم این مشارکت کوچک است. اما هرنز و همکارانش می‌گویند که این مورد درLa2∕3Ca1∕3MnO3La2∕3Ca1∕3MnO3   و احتمالاً سایر منگانیت‌ها به خاطر برهمکنش بین اسپین پولارون‌های در حال جست و خیز  و اعوجاج شبکه‌اش تقویت می‌شود.

این پژوهش در Physical Review Letters به چاپ رسیده است.

منبع

Polarons Drive a Magneto-Optical Effect