Ultrafast manyetizma alanı, ışık yanıp sönmelerinin bir malzemenin mıknatıslanmasını saniyenin trilyonunda nasıl değiştirebileceğini araştırıyor. All-optik anahtarlama (AOS) adı verilen süreçte, birkaç femtosaniye (≈10-15 saniye) süresi, harici olarak uygulanan bir manyetik alana ihtiyaç duymadan küçük manyetik bölgeleri çevirir.
Mıknatıslanma üzerinde böyle bir ultra hızlı kontrolün etkinleştirilmesi, manyetik sabit sürücüde olduğu gibi geleneksel mıknatıs bazlı bir okuma/yazma kafası kullanılarak elde edilebileceğinden daha hızlı büyüklük sıraları olan AOS, bilgi taşıyıcıları olarak ilişkili manyetik momentlerle manyetik dönüşleri kullanan yeni spintronics cihazlar için umut verici bir adaydır. Bu tür cihazlar tipik olarak nanometre ince malzemelerden oluşur, gerçek manyetik malzeme bunlardan biridir.
Şimdiye kadar, anahtarlama işleminin lazer darbesinin yeterli miktarda enerji yatırdığı her yerde manyetik malzemede eşit olarak gerçekleştiği düşünülmüştür. Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada Doğa İletişimiMax Born Enstitüsü’nden araştırmacılar Berlin ve Nancy’den ortak çalışanlarla birlikte durumun böyle olmadığını açıkladılar. Bunun yerine, bir mıknatıslama sınırının malzemenin derinliğine ultra hızlı bir yayılması vardır.
UltraShort kızılötesi (IR) uyarmayı masa üstü femtosaniye yumuşak-X-ışını spektroskopisi ile birleştiren bilim adamları, üstte platin ve bakır katmanlarla tipik bir yığın içinde 9.4 nm ince gadolinyum-kobalt (GDCO) filmini inceledi. Nadir toprak atomu GD’nin atomik rezonansına ayarlanmış geniş bant X-ışınları kullanılarak, MBI’da yakın zamanda geliştirilen ve zaman içinde numunenin derinliği boyunca mıknatıslanma değişikliklerine izin veren bir teknik uyguladılar. Sonuç, femtosaniye zamansal çözünürlük ile filmin derinliği boyunca gelişirken mıknatıslanmanın bir filmidir.
Bu filmde, araştırmacılar şu ana kadar gizli olduğunu gözlemleyebilirler: 27 FS süresinin kızılötesi nabzının gelmesinden hemen sonra, tüm GDCO tabakası ilk olarak ısınır ve mıknatıslanması geleneksel düşünceye uygun olarak neredeyse eşit olarak düşer.
Ancak iki pikosaniyeden sonra, iki zıt mıknatıslanmanın iki alanı ortaya çıkar: üst bölge – önce GDCO’nun üstüne daha güçlü bir şekilde ısıtılmış platin tabakasından ek bir uyaranı geri almak – flips, alttaki mıknatıslama yönü değişmeden kalır. Bu iki alan arasındaki bir sınır oluşur ve daha sonra yaklaşık 2.000 m/s’de aşağı doğru yayılır ve tüm GDCO katmanını kabaca 4.5 ps’de süpürür.
Özellikle, sadece GDCO’nun yüzey-yüzey dilimi başlangıçta AOS için gereken eşiğin üstesinden gelebilecek kadar güçlü bir şekilde uyarılmıştır; Bununla birlikte, filmin geri kalanı yayılma sınırından dolayı takip ettikçe geçiş başarılı olur.
Bu keşif, yerel ve yerel olmayan süreçlerin bir kombinasyonu olarak AOS’un yeniden düşünülmesini zorlayarak, yerleşik teorik modellerin sürecinin mevcut anlayışına meydan okuyor. Muhtemelen, anahtarlanmış ve şükransız bölgeler arasındaki açısal-momentum değişiminin bir kombinasyonu ile ultrashort zaman ölçeğinde kurulan hetero-yapı boyunca termal gradyanlar ile yönlendirilen hareketli sınır, sonuçta hem anahtarlama hızını hem de son manyetik durumu belirler.
İleriye baktığımızda, bu bilgiler, ışıkla işlenmiş manyetik cihazları mühendislik yapmak için yeni yollar açıyor. Film kalınlığını ve bileşimini değiştirmenin yanı sıra farklı çevreleyen katmanlar seçerek, sınırın nerede çekirdeklendiğini ve ne kadar hızlı seyahat ettiğini kontrol edebilir. Bu tür tasarım özgürlüğü, hafif ve enerji tasarruflu bellek ve ışık güdümlü mıknatıslama tersini kullanan mantık öğelerini mümkün kılabilir.
