Hurtig og selektiv optisk opvarmning til funktionelle nanomagnetiske metamaterialer

I en nylig artikel offentliggjort i Nanoskala , forskere fra gruppen Nanomagnetisme på nanoGUNE har demonstreret brugen af ​​hybrid-magnetiske-plasmoniske elementer for at lette kontaktløs og selektiv temperaturkontrol i magnetiske funktionelle metamaterialer.

Sammenlignet med nuværende globale opvarmningsordninger, som er langsomme og energieffektive, lysstyret opvarmning ved hjælp af optiske frihedsgrader såsom bølgelængde, polarisering, og magt, muliggør effektive lokale opvarmningsordninger til brug i nanomagnetisk beregning eller til at kvantificere kollektive nye fænomener i kunstige spin -systemer.

En-domæne nanoskala magneter, der interagerer via kontaktløse magneto-statiske interaktioner, er nøglemetamaterialer til applikationer, herunder magnetiske datalagringsenheder, informationsbehandling med lav effekt, og studere kollektive fænomener i såkaldte kunstige is. Disse magnetiske metamaterialer er fremstillet ved hjælp af elektronstråle nanolithografi, hvor ethvert ønsket todimensionalt arrangement af tyndfilmsmagnetiske elementer med dimensioner på et par hundrede nanometer kan designes.

Funktionaliteten af ​​sådanne magnetiske metamaterialer bestemmes af evnen til at vende nettomomentet for hver nanomagnet for at minimere de samlede indbyrdes magnetostatiske interaktioner, som sker hurtigere ved forhøjede temperaturer. I årenes løb, forskellige varmesystemer er blevet anvendt til at drive netværk af interagerende nanomagneter til en ligevægtstilstand, lige fra termisk glødning af stabile magneter til fremstilling af hurtigt svingende ultratynde superparamagnetiske elementer.

I øjeblikket, termisk excitation af kunstige centrifugeringssystemer opnås ved termisk kontakt til et varmt reservoir, enten ved opvarmning af hele det underliggende substrat, eller ved en elektrisk strøm i en ledende ledning i nærheden. Alle disse tilgange er energisk ineffektive, rumligt ikke-diskriminerende, og iboende langsom, med tidsskalaer fra sekunder til timer, gør det svært at nå en sand ligevægtstilstand i forlængede frustrerede nanomagnetiske gitter. Desuden, til implementering i enheder af magnetiske metamaterialer f.eks. magnoniske krystaller og nanomagnetiske logiske kredsløb, global opvarmning mangler kontrol, rumlig forskelsbehandling, og den hastighed, der kræves for integreret drift med CMOS -teknologi.

Anvendelse af en hybrid tilgang, der kombinerer en plasmonisk nanoheater med et magnetisk element, i dette arbejde, forfatterne etablerer den robuste og pålidelige kontrol af lokale temperaturer i nanomagnetiske arrays ved kontaktløse optiske midler. Her, plasmonassisteret fotoopvarmning muliggør temperaturstigninger på op til flere hundrede Kelvin, som fører til termisk aktiverede momentomvendelser og en markant reduktion af det magnetiske tvangsfelt. Desuden, det polarisationsafhængige absorptionstværsnit af aflange plasmoniske elementer muliggør sublattespecifik opvarmning på sub-nanosekund tidsskalaer, hvilket ikke er muligt med konventionelle varmesystemer. Forfatterne kvantificerer eksperimentelt de optiske og magnetiske egenskaber for arrays af enkelte hybridelementer såvel som vertexlignende samlinger, og præsentere strategier for, hvordan man opnår effektiv, hurtig, og selektiv kontrol af den termisk aktiverede magnetiske vending ved valg af fokuspunkt, pumpeeffekt, lyspolarisering, og pulsvarighed.

Derfor, udviklingen af ​​effektiv ikke-invasiv plasmonassisteret optisk opvarmning af nanomagneter muliggør fleksibel kontrol af længde- og tidsskalaer for den termiske excitation i magnetiske metamaterialer. Dette muliggør dybere undersøgelser af ligevægteegenskaber og nye excitationer i kunstige spinsystemer, samt åbne døre til praktisk brug i applikationer såsom lav effekt nanomagnetisk beregning.