Valolla magnetoitu antiferromagneetti

(23.1.2025) Tutkijat osoittavat, että he voivat magnetoida antiferromagneettia käyttämällä terahertsivaloa, mikä kytkee tilan päälle miljoona kertaa nopeammin kuin muilla magneettitiloilla on mahdollista.

Nuh Gedik MIT:stä ja hänen tiiminsä ovat osoittaneet tavan käyttää valoa antiferromagneetin magneettisen vahvuuden murtamiseen. He osoittivat, että terahertsinen valopulssi voi nopeasti kytkeä pitkäkestoisen magneettisen tilan antiferromagneetissa, mikä avaa mahdollisen suunnan tuleville magneettisille tallennuslaitteille.

Antiferromagneetissa vierekkäisten atomien spinit osoittavat vastakkaisiin suuntiin, mikä johtaa nettonollaiseen magnetoitumiseen, koska ylös- ja alasspinien magneettikentät kumoavat toisensa.

Spinien kohdistus on erittäin vankka hajamagneettikenttien aiheuttamille häiriöille, mikä tekee antiferromagneeteista potentiaalisen ehdokkaan tulevaisuuden informaation tallennuslaitteille. Mutta tavoitteen saavuttamiseksi tarvitaan tapa hallita antiferromagneettien magneettista tilaa. "Se ettei ole nettomagnetointia on siunaus ja kirous", Gedik sanoo.

Kokeissaan tutkijat valaisivat antiferromagneettista rautafosforitrisulfidikalvoa terahertsin valopulsseilla. Valon taajuus viritettiin atomien matalaenergiseen värähtelytilaan, mikä antoi ryhmälle mahdollisuuden vääntää atomien paikkoja suhteessa toisiinsa. Ilmeni, että töniminen siirtää ylös-spinejä lähemmäksi toisiaan ja alas-spinejä kauemmaksi toisistaan.

Tutkiessaan magneettisia ominaisuuksia siirtoprosessin aikana, havaittiin, että se magnetoi näytealueen. Tämä metastabiili magneettinen tila kesti 2,5 millisekuntia, mikä on suhteellisen pitkä käyttöikä sellaiselle tilalle, sillä aiemmin on päästy vain pikosekuntien aikoihin.

Tilan käyttöiän lisäksi tutkijat mittasivat aikaa, joka kuluu magneettisen tilan kytkeytymiseen. He havaitsivat noin pikosekunnin kytkentäajan, joka on 6 suuruusluokkaa nopeampi kuin useimmilla nykyisillä magneettisilla tallennuslaitteilla, jotka käyttävät sähköisiä signaaleja magnetisoinnin "kääntämiseen" magneettisessa materiaalissa.

"Tila on nopea ja hidas samanaikaisesti", sanoo Tianchuang Luo MIT:stä. "Se, että voimme aktivoida tämän erittäin vakaan tilan nopeasti, on jännittävää, koska sen avulla voimme tallentaa siihen informaatiota pitkäksi aikaa", hän sanoo.

Tilan pitkäikäinen elinikä avaa myös oven tilan ominaisuuksien parempaan ymmärtämiseen. Esimerkiksi 2 ms voi olla tarpeeksi pitkä järjestelmän sähköisten mittausten tekemiseen "Kaksi millisekuntia on kuin ikuisuus", toteaa Gedik.

Jo aiemmin tutkijat ovat osoittaneet valon aiheuttamia vaikutuksia antiferromagneeteissa, mutta eivät Gedikin ryhmän osoittamalla ohjauksella. Useimmissa aiemmissa tutkimuksissa valo kytkeytyi sekä atomien elektroneihin että niiden spineihin eli materiaalin kaikkiin ominaisuuksiin.

Ryhmä pystyi kohdistamaan vain magneettiset ominaisuudet - tason ohjauksen, joka mahdollisti käyttämällä terahertsivaloa, joka oli vuorovaikutuksessa vain spinien kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Magneettiset oktupolit voittavat antiferromagneettisia ongelmia

Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin