Magneter er kaotiske - og hurtige - i den allermindste skala

Ved at bruge en ny type kamera, der laver ekstremt hurtige snapshots med en ekstrem høj opløsning, det er nu muligt at observere magnetiske materialers opførsel på nanoskala. Denne adfærd er mere kaotisk end tidligere antaget, som rapporteret i Naturmaterialer den 17. marts. Den observerede adfærd ændrer vores forståelse af datalagring, siger Theo Rasing, en af ​​artiklens forfattere.

Overraskende nok, det ser ud til, at det magnetiske materiales kaotiske opførsel er yderst betydningsfuld, hvad angår transporten af ​​magnetisk information i den mindst mulige skala. Det er resultatet af forskning udført af Theo Rasings gruppe ved Radboud University Nijmegen, med kolleger fra Stanford, Berlin og Tokyo. Der blev brugt et meget specielt måleinstrument – ​​Linac Coherent Light Source (LCLS) – en unik røntgenlaser på SLAC National Accelerator Laboratory. I det væsentlige, denne røntgenlaser er som et kamera med både en ekstremt kort lukkertid på 100 femtosekunder (en tiendedel af en trilliontedel af et sekund) og en ekstrem høj rumlig opløsning på få nanometer (en milliardtedel af en meter). Målingerne viser, at det magnetiske materiale opfører sig helt anderledes på nanoskala end på makroskala.

Nanoskala spin transport

Set på atomskala, alle magneter er lavet af mange små magneter, kaldet spins. Magnetisk omskiftning til datalagring involverer at vende magnetiseringsretningen af ​​spins:en nordpol bliver til en sydpol, og omvendt. Det pågældende magnetiske materiale indeholdt to spintyper fra to forskellige grundstoffer:jern (Fe) og gadolinium (Gd). Forskerne observerede, at på nanoskala, spindene var ujævnt fordelt:der var områder med en højere end gennemsnitlig mængde Fe og områder med en højere end gennemsnitlig mængde Gd - derfor kaotiske magneter.

Det ser ud til, at magnetisk skift starter med den ultrahurtige transport (~10nm/300fs) af spins mellem Fe-områderne og Gd-områderne, hvorefter kollisioner resulterer i vendingen. En sådan ultrahurtig overførsel af spin-information er endnu ikke blevet observeret i så lille skala.

Fremtid:mindre er hurtigere

Disse resultater gør det muligt at udvikle ultrahurtige nanomagneter i fremtiden, hvor spinoverførsel optimeres yderligere gennem nanostrukturering. Dette vil åbne veje for endnu mindre og hurtigere magnetisk datalagring.