Uutta puhtia magnetismiin

Optinen magneettisuuden vaihto lupailee terahertsin nopeuksia tulevaisuuden kiintolevyille ja RAM-muisteille.

Yhdysvaltain energiaministeriön Ames Laboratoryn, Iowa State Universityn ja University of Kreetan tutkijat ovat löytäneet uuden tavan vaihtaa magnetismin suuntaa. Menetelmä olisi vähintään tuhat kertaa nopeampi kuin nykyisissä magneettisissa muistitekniikoissa.

Ames Laboratoryn fyysikko Jigang Wang ja hänen ryhmänsä käyttivät lyhyitä laserpulsseja luomaan femtosekuntien kuluessa magneettisuuden muutoksia kolossaalisessa magnetoresistiivisessä (colossal magnetoresistive, CMR) materiaalissa.

Tällä kertaa magneettisuuden muutosta ohjasi kvanttimekaaninen ilmiö eikä lämpeneminen. Jo yli 20 vuotta on tiedetty, että ferromagneetit voidaan demagnetoida erittäin nopeasti laservalopulsseilla mutta vasta äskettäin on onnistuttu selvittämään ilmiön taustoja.

Tutkijoiden strategiana onkin käyttää täysoptisia kvanttimenetelmiä tuottamaan magneettisuuden vaihto ja ohjaus magnetismille. - Tämä luo pohjaa etsiä nopeampaa vaihtokytkentää ja CMR-aineiden mahdollisuuksia, kysymys, joka koskettaa spinelektroniikkaa laajasti, toteaa Wang laboratorionsa tiedotteessa.

Uusi laji magnetismia

MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) tutkijat ovat puolestaan löytäneet uudenlaisen magnetismin. Heidän kokeilunsa osoittavat, että perinteisen ferromagnetismin ja antiferromagnetismin lisäksi olisi olemassa kolmas perustavanlaatuinen tila magnetismia.

Tämän uuden tilan nimeksi tutkijat antoivat kvanttispinneste (quantum spin liquid, QSL). Kyseessä on kiinteä kide mutta sen magneettista tilaa kuvataan kuten nestettä, jossa magneettiset suuntaviivat vaihtelevat jatkuvasti, kuten molekyylien liike nesteessä.

Kokeissaan tutkijat havaitsivat tilan jossa on osittaisia herätteitä, joita jotkut teoreetikot ovat ennustaneet olevan olemassa. Yleensä materiaaleilla on diskreetit kvanttitilat joiden muutokset ilmoitetaan kokonaislukuina, mutta QSL-materiaali esittää murto-osittaisia kvanttitiloja, jotka muodostavat jonkinlaisen jatkumon.

Löydöllä voisi olla merkitystä tallennuksessa tai viestinnässä hyödynnettäessä eksoottista kvantti-ilmiötä eli pitkän kantaman lomittumista. Havainnot voivat tuottaa edistystä myös korkean lämpötilan suprajohteiden tutkimuksessa.