Indsigt i den hurtige fremkomst af magnetisering

Hastigheden af ​​magnetisering af et materiale er blevet opdaget af et internationalt hold af videnskabsmænd.

Forskerne fra Lancaster University, University of California San Diego, Moscow Institute for Physics and Technology og Radboud University har kastet lys over et af magnetismens mest spændende spørgsmål:Hvor hurtigt kan magnetisering skabes i et materiale?

Deres forskning er offentliggjort i Nature Communications .

Forskerne så på den almindelige magnetiske legering af jern og rhodium (FeRh), som udviser en overgang i både sin struktur og magnetisme, når den opvarmes lige over stuetemperatur. Ved stuetemperatur har FeRh ikke en nettomagnetisering på grund af dets antiferromagnetiske natur, men når det opvarmes lige over stuetemperatur, bliver materialet en ferromagnet.

Forskerne fandt ud af, at FeRh gennemgår en overgang til sin ferromagnetiske fase i tre trin:

• excitationen af ​​laserimpulsen inducerer et stort antal små magnetiske domæner i materialet
• magnetiseringen af ​​alle domænerne justeres i én bestemt retning
• de enkelte domæner vokser til at smelte sammen til et stort enkelt domæne, hvor det kan siges, at materialet har gennemgået en overgang til sin ferromagnetiske fase

Kendskab til de forskellige involverede stadier og deres tilsvarende tidsskalaer for at inducere en veldefineret magnetisering med en lysimpuls giver mulighed for at bruge FeRh i nær fremtidig datalagringsteknologi.

For eksempel kan FeRh bruges som lagringsmedie i varmeassisteret magnetisk optagelse (HAMR), en teknologi, der bruger både ekstern varme og lokale magnetiske felter til at lagre information med meget højere tæthed af bit - små magnetiske områder, hvor information er lagret.

Fysiker Dr. Rajasekhar Medapalli fra Lancaster University siger, at "at forstå detaljerne i forskellige stadier involveret i den hurtige fremkomst af magnetisering i et materiale hjælper videnskabsmænd med at udvikle ultrahurtige og energieffektive magnetiske datalagringsteknologier."

Forskningen involverede at bruge intense ultrakorte laserimpulser til hurtigt at opvarme FeRh i en kort kunstig stimulus, der kun varer en kvadrilliontedel af et sekund. Efter interaktionen med materialet hævede laserimpulsen temperaturen med et par hundrede grader Celsius på tidsskalaer kortere end en milliardtedel af et sekund.

I lang tid har det været et fascinerende mål for forskere i kondenseret stoffysik at bruge denne ultrahurtige varme og være i stand til at kontrollere den magnetiske faseovergang i FeRh, men det har været en udfordring at eksperimentelt opdage denne overgang.

For at overvinde udfordringen brugte forskerne det faktum, at tidsvarierende magnetisering frembringer tidsvarierende elektriske felter i et medium, der skulle fungere som en udsender af stråling. Den udsendte stråling bærer følsom information om dens oprindelse, dvs. tidsvarierende magnetisering i prøven.

Forskerne brugte den nye dobbeltpumpe tidsopløste spektroskopi-teknik udviklet ved Radboud Universitet. De brugte to laserimpulser til dobbeltpumpning:Mens den første laserimpuls tjener som ultrahurtig varmelegeme, hjælper den anden med at generere elektrisk felt. Ved at detektere dette felt ved flere tidsintervaller mellem de to laserimpulser var forskerne i stand til at se, hvor hurtigt magnetiseringen opstår i materialet. + Udforsk yderligere

Quest for at levere ultrahurtig og energieffektiv magnetisk optagelse rykker et skridt nærmere