Принцип Ферма за пределами геометрической оптики
Из курса оптики известно, что луч «выбирает» путь, соответствующий наименьшему времени. Этот принцип, сформулированный Пьером Ферма три с половиной века назад, объясняет, почему при переходе из одной среды в другую лучи преломляются. Сотрудники, аспиранты и студенты лаборатории фотоники и спинтроники кафедры физики колебаний физфака МГУ продемонстрировали, что принцип Ферма проявляется в довольно неожиданной области, весьма далекой от геометрической оптики — в микромагнетизме.
При проведении экспериментов по влиянию электростатического поля на доменную структуру ими было замечено, что доменные границы, пересекающие полосковый электрод, на который подано электрическое напряжение, «преломляются». Студентка кафедры физики колебаний Анна Карпачёва (Подклетнова) провела большое количество наблюдений этого явления при различных углах между направлением доменных границ и электродом. Обработав сотни изображений, Анна и её одногруппник Максим Колюшенков установили, что закон Снеллиуса выполняется при всех углах и величинах напряжения на электроде, а «показатель преломления» зависит от знака и величины поданного на электрод электрического напряжения по линейному закону.
Это подтвердило модель явления, предложенную старшими коллегами, о том, что в следствие неоднородного магнитоэлектрического эффекта электрическое поле меняет плотность поверхностной энергии доменной границы. Согласно принципу, аналогичному принципу Ферма в оптике, доменная граница располагается так, чтобы общая ее поверхностная энергия была минимальна. Более детальное численное моделирование, проведенное аспирантом Никитой Мясниковым, показывает, что доменная граница отслеживает все неоднородности электрического поля и может преломляться на одном электроде по нескольку раз — не только на его границах, но и в области под ним, там, где меняется электрическое поле.
«Это эффект служит ещё одним красивым примером чувствительности магнитных доменных границ к электрическому полю — явления, ранее открытого в нашей лаборатории», — резюмирует руководитель лаборатории фотоники и спинтроники проф. А.П. Пятаков, — «этот эффект может найти применение в регистрах сдвига и других устройствах магнитной логики и магнитной памяти».
Результаты работы опубликованы в журналах Письма в ЖЭТФ и Journal of Magnetism and Magnetic Materials.