Fysikere opnår hurtig magnetisk omskiftning med lasere

Lav en magnet af et stykke jern og en spole eller tråd, eller en anden magnet, er et enkelt eksperiment. Et eksternt elektrisk eller magnetisk felt kan justere grupper af atomer i jernet over tid, så de får deres eget permanente magnetfelt. En lignende accelereret proces gemmer oplysninger på computerens harddiske. Et specielt tilfælde af magnetisme, kendt som ferrimagnetisme, kunne muliggøre endnu hurtigere skift af magnetisme, hvilket fører til massive forbedringer i den måde computere håndterer oplysninger på.

Nu, en international forskningsgruppe, ledet af Osaka Universitets fysikere, har givet ny indsigt i, hvordan sammensætningen af ​​ferrimagnetiske materialer kan påvirke deres interaktioner med lys. De rapporterede for nylig deres fund i Applied Physics Express .

"Vi ved, at laserpulser kan vende magnetiseringen i visse ferrimagnetiske legeringer, men lys påvirker også materialets andre egenskaber, "siger medforfatter Hidenori Fujiwara." For at lære mere om magnetismens interaktion med lys, vi studerede centrifugeringsdynamikken for ferrimagnetiske tynde film, der indeholder forskellige proportioner af gadolinium. "

Ferrimagnetiske materialer kan betragtes som en blanding af elektroner, der spinder forskellige steder i materialet. Nogle af spins kan annullere hinanden, men en vis restmagnetisering vil forblive. Afgivelse af en ultrahurtig laserpuls mod materialet kan fuldstændig vende centrifugeringsretningen, vende magnetismen, eller kan forstyrre spins, forårsager en slags wobbling kendt som spin -recession. Den viste adfærdstype afhænger stærkt af materialets temperatur og sammensætning.

Forskerne brugte en avanceret synkrotronmåleopstilling udviklet i deres tidligere undersøgelser for at vise, at en lidt varierende sammensætning af en legering dramatisk ændrede dens reaktion på laserpulsen. Lidt mere gadolinium i filmene førte til vending af det magnetiske spin; lidt mindre førte til centrifugering ved stuetemperatur.

Forskernes opsætning kunne også visualisere spin-recessionens bølgelignende karakter over et par nanosekunder efter laserpulsen. De viste, at præcisionsvinklen, eller vinklen på spin -wobble, var den største rapporterede til dato.

"Dette er komplekse systemer med mange forskellige interagerende egenskaber, men vi har ekstraheret nogle klare sammenhænge mellem sammensætningen af ​​en ferrimagnetisk legering og dens magnetiske interaktioner med lys, "siger medforfatter Akira Sekiyama." Forståelse af denne adfærd er vigtig ud fra et grundlæggende fysisk synspunkt, og afgørende for at anvende disse materialesystemer i avancerede elektroniske enheder. "