Innsikt i den raske fremveksten av magnetisering

Hastigheten til å magnetisere et materiale har blitt oppdaget av et internasjonalt team av forskere.

Forskerne fra Lancaster University, University of California San Diego, Moscow Institute for Physics and Technology og Radboud University har kastet lys over et av magnetismens mest spennende spørsmål: Hvor raskt kan magnetisering skapes i et materiale?

Forskningen deres er publisert i Naturkommunikasjon.

Forskerne så på den vanlige magnetiske legeringen av jern og rhodium (FeRh) som viser en overgang i både struktur og magnetisme når den varmes opp like over romtemperatur. Ved romtemperatur har FeRh ikke en nettomagnetisering på grunn av sin antiferromagnetiske natur, men når det varmes opp like over romtemperatur, blir materialet en ferromagnet.

Forskerne fant at FeRh gjennomgår en overgang til sin ferromagnetiske fase i tre stadier:

• eksitasjonen av laserpulsen induserer et stort antall små magnetiske domener i materialet
• magnetiseringen av alle domenene justeres langs en bestemt retning
• de individuelle domenene vokser til å smelte sammen til et stort enkelt domene hvor det kan sies at materialet har gjennomgått en overgang til sin ferromagnetiske fase

Kunnskap om de ulike stadiene involvert og deres tilsvarende tidsskalaer for å indusere en veldefinert magnetisering med en lys puls tilbyr muligheten for å bruke FeRh i nær fremtidig datalagringsteknologi.

For eksempel kan FeRh brukes som lagringsmedium i varmeassistert magnetisk opptak (HAMR), en teknologi som bruker både ekstern varme og lokale magnetiske felt for å lagre informasjon med mye høyere tetthet av biter – små magnetiske områder hvor informasjon lagres.

Fysiker Dr. Rajasekhar Medapalli fra Lancaster University sier at “å forstå detaljene i ulike stadier som er involvert i den raske fremveksten av magnetisering i et materiale, hjelper forskere med å utvikle ultraraske og energieffektive magnetiske datalagringsteknologier.”

Forskningen involverte bruk av intens ultrakort laserpulser å raskt varme FeRh i en kort kunstig stimulans som varer bare en kvadrilliondels sekund. Ved interaksjon med materialet økte laserpulsen temperaturen med noen hundre grader Celsius på tidsskalaer kortere enn en milliarddels sekund.

I lang tid har det vært et fascinerende mål for forskere innen kondensert materiefysikk å bruke denne ultraraske varmen og kunne kontrollere den magnetiske faseovergangen i FeRh, men det har vært en utfordring å eksperimentelt oppdage denne overgangen.

For å overvinne utfordringen brukte forskerne det faktum at tidsvarierende magnetisering produserer tidsvarierende elektrisk felt i et medium som skulle fungere som en emitter av stråling. Den utsendte strålingen bærer sensitiv informasjon om opprinnelsen, dvs. tidsvarierende magnetisering i prøven.

Forskerne brukte den nye doble pumpe tidsoppløste spektroskopiteknikken utviklet ved Radboud University. De brukte to laserpulser for dobbel pumping: mens den første laserpulsen fungerer som ultrarask varmeapparat, hjelper den andre med å generere elektrisk felt. Ved å oppdage dette feltet ved flere tidsforløp mellom de to laserpulsene, kunne forskerne se hvor raskt magnetiseringen kommer frem i materialet.

---

---