Forskere skaber eksotiske magnetiske strukturer med laserlys

Forskning ved Lunds Universitet i Sverige har fundet en ny måde at skabe magnetiske partikler i nanostørrelse ved hjælp af ultrahurtige laserlysimpulser. Opdagelsen kan bane vejen for nye og mere energieffektive tekniske komponenter og blive brugbar i fremtidens kvantecomputere.

Magnetiske skyrmioner beskrives undertiden som magnetiske hvirvler. I modsætning til ferromagnetiske tilstande – som forekommer i konventionelle magneter som kompasser og køleskabsmagneter – er skyrmiontilstanden ret ejendommelig:magnetiseringens orientering peger ikke i samme retning overalt i materialet, men beskrives derimod bedst som en slags hvirvlende magnetisme.

Skyrmioner er af stor interesse for både grundforskning og industri, da de kan bruges til at fremstille mere kompakte computerhukommelser. Det er dog lettere sagt end gjort. Brug af skyrmioner til tekniske formål kræver effektive måder at skrive, slette og manipulere partiklerne på på korte tidsskalaer og med høj rumlig præcision.

I en ny undersøgelse offentliggjort i npj Computational Materials , har forskere Claudio Verdozzi fra Lunds Universitet og Emil Viñas Boström og Angel Rubio fra Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter i Hamborg fundet en ny tilgang.

"I vores undersøgelse har vi teoretisk vist, hvordan det er muligt at opfylde et af disse krav, altså hvordan man kan skabe magnetiske skyrmioner i ultrakorte tidsskalaer ved hjælp af laserlysimpulser," siger Claudio Verdozzi, fysikforsker ved Lunds Universitet. .

Forskerholdet har identificeret en mikroskopisk mekanisme, der forklarer en eksperimentel protokol, der har vist sig at være nyttig til at skabe de mærkelige skyrmioner. Ved at bruge femtosekund-laserimpulser – lysimpulser, der varer en milliontedel af en milliardtedel af et sekund – viste forskerne, at det er muligt at skabe skyrmioner ultrahurtigt.

"Vores resultater er af stor relevans for at skabe mere energieffektive tekniske komponenter. Vores undersøgelse viser, at lys kan bruges til at manipulere lokaliserede magnetiske excitationer på meget korte tidsskalaer," siger Claudio Verdozzi.

Der er en række anvendelser, som den nye opdagelse kan føre til, herunder kvanteteknologi - et område, hvor kvantemekaniske egenskaber bruges til at løse ekstremt avancerede beregninger, som traditionelle computere ikke kan håndtere. Magnetiske excitationer som skyrmioner og såkaldte spin-bølger menes også at kunne være med til at reducere energiforbruget i teknologiske komponenter, og kan dermed være med til at nå fremtidige klimamål.

"Skyrmions er i fokus for både teoretisk og eksperimentel forskning takket være deres teknologiske potentiale. Også deres eksotiske magnetiske mønstre besidder en konceptuel og matematisk smuk appel, der gør dem meget interessante," slutter Claudio Verdozzi. + Udforsk yderligere

Deterministisk integreret manipulation af magnetiske skyrmioner opnået i nanostruktureret enhed