Antiferromagnetisk dysprosium afslører magnetisk omskiftning med mindre energi

Dysprosium er ikke kun atomelementet med de stærkeste magnetiske øjeblikke, men den har også en anden interessant egenskab:Dens magnetiske øjeblikke peger enten alle i samme retning (ferromagnetisme) eller vippes mod hinanden, afhængig af temperaturen. Dette gør det muligt at undersøge inden for en enkelt prøve, hvordan forskelligt orienterede magnetiske øjeblikke opfører sig, når de bliver spændt af en ekstern energipuls.

Fysiker Dr. Nele Thielemann-Kuehn og hendes kolleger har nu undersøgt dette problem på BESSY II. BESSY II røntgenkilden er en af ​​de få faciliteter på verdensplan, der gør det muligt at observere processer så hurtigt som forstyrrelser i magnetisk orden. Hun fandt ud af, at den magnetiske orientering i antiferromagnetisk dysprosium meget lettere kan skiftes ved hjælp af en kort laserpuls end i ferromagnetisk dysprosium.

"Dette er fordi de magnetiske øjeblikke på atomniveau er koblet til vinkelmomenter som et gyroskop, "forklarer Thielemann-Kuehn. At vippe et roterende gyroskop kræver kraft, fordi dets vinkelmoment skal overføres til et andet legeme." Albert Einstein og Wander Johannes de Haas viste i et berømt forsøg tilbage i 1915, at da magnetiseringen af ​​en hængende jernstang ændrede sig , stangen begynder at rotere, fordi vinkelmomenterne for atomniveaumagneterne i den ophængte stang overføres til den som helhed. Hvis magnetmomentet på atomniveau allerede peger i forskellige retninger i starten, deres vinkelmoment kan interagere med hinanden og annullere hinanden, ligesom hvis du skulle kombinere to gyroskoper, der roterer i modsat retning, "siger Dr. Christian Schuessler-Langeheine, leder af gruppen.

Overførslen af ​​vinkelmoment tager tid, selvom. Antiferromagnetisk orden, som denne overførsel ikke er nødvendig for, bør derfor forstyrres hurtigere end ferromagnetisk orden. Thielemann-Kuehn og hendes kolleger har nu fremlagt beviser for dette. I øvrigt, teamet opdagede også, at den nødvendige energi i tilfælde af det antiferromagnetiske momenta er betydeligt lavere end i ferromagnetisk orden.

Ud fra denne observation, forskerne har været i stand til at foreslå, hvordan materialer kunne udvikles med en kombination af ferromagnetiske og antiferromagnetiske justerede spins, der er egnede som magnetiske lagermedier og kan skiftes med betydeligt lavere energiforbrug end materiale fremstillet af konventionelle magneter.

Undersøgelsen er offentliggjort i Fysisk gennemgang B .