Neues Instrument erkennt Wechselwirkung zwischen Licht und magnetischen Feldern
Die Störungstheorie bildet ein leistungsfähiges Werkzeug zur Beschreibung der Reaktion von molekularen Systemen auf elektromagnetische Felder. Sie beschreibt jedoch nicht ausreichend, wie Feststoffe reagieren. Hier ist insbesondere bei den magneto-optischen Materialien, bei denen ein Magnetfeld polarisiertes Licht dazu bringen kann, wie Licht zu rotieren, das sich durch das Material fortbewegt, die weitere Untersuchung wichtig. Derzeit gibt es keine Theorie, welche die elektromagnetische Reaktion von Feststoffen ausreichend beschreiben würde. Lediglich die Reaktion auf statische Felder wurde in den letzten Jahren umfassend untersucht. Die Wissenschaftler arbeiteten im Rahmen von RESPSPATDISP (First-principles theory of spatial dispersion in electromagnetic response of solids: applications to natural optical activity and magnetoelectric effect) an der Erweiterung der neuesten Theorien auf elektromagnetische Störungen, die eine Zeitabhängigkeit aufweisen. Unter Einsatz verschiedener Ansätze gelang den Wissenschaftlern die Ableitung eines Ausdruck für die magneto-optische Reaktion periodischer Systeme auf beliebige elektromagnetische Felder. Dieser mathematische Formalismus wurde in einem wissenschaftlichen Open-Source-Programm mit der Bezeichnung Octopus umgesetzt. Der entwickelte Code kann die zeitabhängige Elektronen-Ionen-Dynamik endlicher und erweiterter Systeme zu beliebigen intensiven und zeitabhängigen elektromagnetischen Störungen beschreiben. Mittels dieses Codes untersuchten die Wissenschaftler die magneto-optische Reaktion von vielfach angewandten Halbleitern. Das neu entwickelte vielseitige Werkzeug für die spektroskopische Analyse kann intensiv zur Lenkung und Interpretation neuer Experimente, auch an großen Anlagen wie etwa Synchrotronen genutzt werden. Für zukünftige wissenschaftliche Projekte erfordert die vom RESPSPATDISP-Team eingeführte Methodik den Zugriff auf Supercomputing-Spitzenzentren. Mit der potenziellen Entdeckung neuer magneto-optischer Phänomene in bestimmten Kohlenstoffnanostrukturen und topologischen Isolatoren wird man die Fortschritte im Quantencomputing und in Hinsicht auf die nächste Generation von Spintronikbauelementen beschleunigen.
Schlüsselbegriffe
Instrument, Tool, Werkzeug, magneto-optische Reaktion, topologische Isolatoren, elektromagnetische Störungen, Zeitabhängigkeit
