Styrende spin til hukommelseslagring

Forskere fra Tohoku University har udviklet en beregningssimulering, der viser, at brug af ultrahurtige laserimpulser til at excitere elektroner i et magnetisk materiale skifter dem til en forbigående ikke-magnetisk tilstand. Dette kan reducere den tid, der er involveret i at manipulere et materiales magnetisme, forbedring af magnetisk lagring og informationsbehandlingsteknologier.

Opbevaring af bits, eller binære cifre, af information i magnetiske hukommelsesenheder kræver evnen til at vende magnetismen i et materiale mellem ferromagnetisk og antiferromagnetisk. I ferromagnetisk tilstand, elektronspin i materialet justerer parallelt med hinanden og spinder i samme retning, gør dem og materialet magnetiske. I den antiferromagnetiske tilstand, elektronspindene justeres parallelt med hinanden, men naboelektronerne spinder i modsatte retninger, at ophæve hinandens effekter og gøre dem og det materiale, de eksisterer i, praktisk talt umagnetiske.

Hurtig hukommelseslagring kræver hurtig spin-vending. Forskere har undersøgt måder at kontrollere det ved hjælp af ultrahurtige lasere for at få endnu hurtigere hukommelseslagring. Jo kortere laserens puls, jo hurtigere vil vendingen være.

Tohoku Universitys fysikere Atsushi Ono og Sumio Ishihara udviklede en beregningsmetode til at modellere, hvordan elektroner og deres spins interagerer med hinanden og reagerer på laserlys.

De fandt ud af, at udsættelse af elektroner i ferromagnetiske materialer for et kontinuerligt laserlys gør dem ophidsede, forårsager elektroninteraktioner, der fører til en antiferromagnetisk tilstand. Anvendelse af ultrahurtige lysimpulser fører også til skift fra ferromagnetisme til transient antiferromagnetisme, efterfulgt af genopretning af ferromagnetisme. Da forskerne anvendte en ultrahurtig laserpuls efterfulgt af et kontinuerligt laserlys, elektronerne blev manipuleret til en antiferromagnetisk tilstand, der derefter blev opretholdt af det kontinuerlige lys. Fjernelse af det kontinuerlige lys forårsagede den gradvise forsvinden af ​​den antiferromagnetiske tilstand.

Forståelse af disse interaktioner, såvel som de grundlæggende grænser for spin reversering, er nødvendig for fremtidig udvikling af magnetiske hukommelsesenheder. Det næste trin vil kræve fysiske eksperimenter for at teste modellens forudsigelser.

"Eksperimentelle bekræftelser er uundværlige for at etablere det foreliggende forslag, " skriver forskerne i deres undersøgelse, som blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve . Ono og Ishihara foreslår perovskit-manganitter og lagdelte manganitter som mulige materialer til at teste deres model. De foreslår også en række forskellige teknikker, såsom magnetisk røntgendiffraktion og fotoemissionsspektroskopi, til observation af den transiente antiferromagnetiske tilstand.