Magnetisaation erittäin nopea ravistelu

Lancasterin yliopiston johtama kansainvälinen tutkijaryhmä on löytänyt erittäin tehokkaan mekanismin magneettien ravistamiseen käyttämällä hyvin lyhyitä, alle biljoonasosaa sekunnista kestäviä valopulsseja.

Antiferromagneetit, magneettisesti järjestäytyneet materiaalit, joilla on vastakkainen spin-suuntaus, ovat herättäneet kiinnostusta viimeisen vuosikymmenen aikana ainutlaatuisten ominaisuuksiensa ansiosta, jotka erottavat ne perinteisistä ferromagneeteista.

Toisin kuin ferromagneetit, joiden resonanssitaajuudet ovat gigahertsialueella, antiferromagneettiset resonanssitaajuudet ovat terahertsialueella, mikä tekee niistä sopivia ehdokkaita yhä nopeampaan magneettisen informaation tallennukseen.

Lisäksi antiferromagneetteja on luonnostaan enemmän kuin ferromagneetteja, ne ovat vähemmän herkkiä ulkoisille magneettikentille ja tuottavat lähes nolla hajakenttiä.

Yleisesti ottaen nopein aikaskaala, jolla magneettinen järjestys voidaan vaihtaa, määräytyy järjestettyjen spinien prekessiotaajuuden mukaan.

Viime aikoihin asti tällaisten nopeiden spindynamiikkojen saavuttaminen on kuitenkin ollut haasteellista, koska ei ole ollut keinoja virittää antiferromagneetteja niiden luontaista vasteaikaa nopeammilla aikaskaaloilla.

Käyttäen hyvin lyhyttä sähkömagneettista pulssia magnetisaation ravisteluun, tutkijat tutkivat sen vaikutusta magnetisaation ohjauskulmaan kahdessa samankaltaisessa magneettisessa materiaalissa, joilla on erilaiset elektroniorbitaalit.

Ravisteltuaan magneettia ja analysoituaan sen magneettista tilaa he havaitsivat, että rataliikkeen ja pyörimisen välinen vuorovaikutus mahdollistaa 10 kertaa suuremman spin-poikkeaman valopulssilla kuin materiaalissa, jossa tällaista vuorovaikutusta ei ole.

Pääkirjoittaja, tohtori Rostislav Mikhaylovskiy, sanoi: ”Uskomme, että tämä jännittävä löytö kannustaa jatkotutkimuksiin mekanismeista, jotka ohjaavat magnetisaation tehokasta ja nopeaa hallintaa tulevaisuuden kvanttiteknologioissa.”

Työnsä yhteenvedossa tutkijat toteavat: makroskooppisten magneettisten ominaisuuksien taustalla olevien mikroskooppisten vuorovaikutusten huomioon ottaminen voi olla ratkaisevan tärkeää eri materiaalien ultranopeiden spin-dynamiikoiden ymmärtämiseksi, vaikka niillä olisi samat staattiset magneettiset ominaisuudet.

Ehdottamamme mekanismi skaalautuu lineaarisesti THz-pulssin magneettikentän kanssa, mutta se parantaa THz-pulssien voimakkuutta ja voi siten helpottaa epälineaaristen vaikutusten etsimistä spin-dynamiikassa, joka on kytketty siirtymämetallien oksidien matalaenergisiin elektronisiin siirtymiin.

Aiheesta aiemmin:

Valolla magnetoitu antiferromagneetti

Magneettinen kytkentä ja kvantti-informaation kantajat

Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin