Indkommende cirkulære venstrepolariserede (CL) og højrepolariserede (CR) røntgenimpulser spredes forskelligt på chirale magnetiske domænevægge, fører til en asymmetri observeret i differenssignalet (CL-CR). Kredit:Frank Freimuth
Et fælles forskningsprojekt fra Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), universitetet i Siegen, Forschungszentrum Jülich, og Elettra Synchrotron Trieste har opnået en ny milepæl for ultrahurtig kontrol af magnetisme. Det internationale team har arbejdet på magnetiseringskonfigurationer, der udviser chiral vridning. Kiralitet er en symmetribrud, som opstår, for eksempel, i naturen i molekyler, der er essentielle for livet. Chiralitet omtales også som handedness, da hænder er et hverdagseksempel på to ting, der - anbragt på en spejlvendt måde - ikke kan lægges oven på hinanden. Magnetiseringskonfigurationer med en fast chiralitet undersøges i øjeblikket intensivt på grund af deres fascinerende egenskaber såsom forbedret stabilitet og effektiv manipulation med strøm. Disse magnetiske teksturer lover således anvendelser inden for ultrahurtig chiral spintronics, for eksempel ved ultrahurtig skrivning og styring af chirale topologiske magnetiske objekter såsom magnetiske skyrmioner, dvs. specielt snoede magnetiseringskonfigurationer med spændende egenskaber.
De nye indsigter offentliggjort i Naturkommunikation kaste lys over den ultrahurtige dynamik efter optisk excitation af chirale spinstrukturer sammenlignet med collineære spinstrukturer. Ifølge forskernes resultater, den chirale orden genoprettes hurtigere sammenlignet med den collineære orden efter excitation med en infrarød laser.
Forskerholdet udførte små vinkel-røntgenspredningseksperimenter på magnetiske tyndfilmsprøver, der stabiliserede chirale magnetiske konfigurationer ved fri elektronlaser (FEL) faciliteten FERMI i Trieste i Italien. Anlægget giver den unikke mulighed for at studere magnetiseringsdynamikken med femtosekunders tidsopløsning ved hjælp af cirkulært venstrepolariseret eller højre polariseret lys. Resultaterne indikerer en hurtigere genopretning af chiral orden sammenlignet med collineær magnetisk ordens dynamik, hvilket betyder, at snoninger er mere stabile end lige magnetiske konfigurationer.
Samarbejde med førende internationale partnere som hjørnestenen i succesfuld forskning
"Vi har arbejdet på dette eksperiment i lang tid. Nu hvor vi ved, at den ultrahurtige dynamik i kirale og collinære spinstrukturer er forskellig, vi kan fokusere på at tackle ultrahurtig dynamiks afhængighed af materialeegenskaber såsom Dzyaloshinskii-Moriya-interaktionen, en interaktion, der kan føre til stabilisering af chirale spinstrukturer, " sagde Nico Kerber fra Institut for Fysik ved Mainz Universitet, hovedforfatter af artiklen.
"Vi er især taknemmelige over for vores italienske kolleger, som udførte en del af eksperimentet under den første coronavirus-lockdown i Europa. Disse yderligere scanninger var afgørende for vores undersøgelse, og vi er glade for, at videosupport og indsendelse af prøver lykkedes her. Men vi glæder os også til at kunne udføre disse eksperimenter igen personligt sammen med vores kolleger på FERMI, "tilføjede professor Christian Gutt fra University of Siegen, avisens tilsvarende forfatter.
"Jeg er meget glad for at se det næste skridt taget for at muliggøre brugen af kirale magnetiseringskonfigurationer i nye spintronic -enheder. Det internationale samarbejde med større faciliteter som FERMI er afgørende for at muliggøre sådant arbejde. Samarbejde som dette er en hjørnesten i vores kandidatuddannelse programmer og forskningscentre, " understregede professor Mathias Kläui fra JGU, supervisor af den første forfatter og direktør for Dynamics and Topology (TopDyn) excellence-projektet. "Vi fremmer disse samarbejder med finansiering fra Collaborative Research Center CRC/TRR 173 Spin+X, de to kandidatuddannelser Materials Science in Mainz (MAINZ) og Max Planck Graduate Center med Johannes Gutenberg University Mainz (MPGC), og TopDyn-forskningsområdet."