Ultraf gyors mágnesesség kutatása a Max Planck Intézetben

A Max Planck Intézet a Tárgyak Szerkezetének és Dinamikájának Kutatására (MPSD) izgalmas új módszert fejlesztett ki az ultrarövid mágnesesség vizsgálatára. Az itt dolgozó kutatók bemutatták, hogyan produkálhatóak és alkalmazhatóak a mágneses mező lépések, amelyeken át a mágneses mező pikon másodpercek alatt aktiválható. Ez a felfedezés nem csupán tudományos érdeklődést kelt, de a következő generációs mágneses memóriák számára is új lehetőségeket nyithat.

Miért fontosak a mágneses mezők?

A mágneses mezők kulcsszerepet játszanak a különböző anyagok mágneses tulajdonságainak irányításában. Statikus vagy lassan változó körülmények között a mágneses anyagok mágneses jellemzői a külső mágneses mezőhöz hasonlóan viselkednek, mint egy iránytű. De amikor a mágneses mezők ultrarövid idő alatt változnak, új dinamika lép életbe – gyorsabban, mint ahogy az anyag reagálni tud. Ezek a gyors változások rendkívül értékesek a nem egyensúlyban lévő anyagok tanulmányozásában.

Szupervezetők alkalmazása

Andrea Cavalleri által vezetett kutatócsoport kifejlesztett egy egyedülálló szupervezető eszközt, amely képes ultrarövid, unipoláris mágneses lépések előállítására. Az ilyen lépések hirtelen mágneses változásokat produkálnak pikon másodperces növekedési és szupernanomásodperces csökkenési idővel. „Célunk, hogy egy univerzális, ultrarövid ingerrel váltogathassuk a mágneses minták stabil mágneses állapotait” – mondja Giovanni De Vecchi, a kutatás vezető szerzője.

Valós idejű nyomon követés

A kutatás során kulcsfontosságú kihívás volt a mágneses átmenetek valós idejű nyomon követése. Michele Buzzi, a kutatás másik szerzője elmagyarázta, hogy egy szomszédos kristályt helyeztek a szupervezető minta közelébe. Ez a kristály érzékeny az ottani mágneses mezőkre, és optikai tulajdonságai megváltoznak a mágneses mező hatására. Ezt az effektust kihasználva a kutatók felfedezhették a mágneses mező fejlődését a femtosecond lézerimpulzus polarizációnak elemzésével. Sebastian Fava szerint ezzel az új megközelítéssel al-pikon másodperces felbontást és páratlan érzékenységet értek el.

Továbbfejleszteni a mágneses kapcsolást

Bár a kutatás során előállított mágneses lépések még nem érik el a teljes mágneses kapcsolás szintjét, a kutatók bizakodnak: a készülék geometriai optimalizálása javíthatja a mágneses mező átmenetek erősségét és sebességét. „A megfelelő fejlesztésekkel széleskörű alkalmazásokat látunk, a fázisátmenetek ellenőrzésétől kezdve a mágneses rend paramétereinek teljes váltásáig” – tette hozzá Cavalleri.

A kutatás a Német Kutatási Alapítvány támogatásával valósult meg, és összhangban áll az anyagok fejlett képezésével foglalkozó CUI Kiválósági Klaszter céljaival. Az MPSD a Szabad Elektron Lézer Tudományos Központ tagja, együttműködve a DESY-val és a Hamburgi Egyetemmel. A munka Alexey Kimel, a Radboud Egyetem professzorának közreműködésével zajlott.