חוקרים פיתחו שיטה לא תרמית לשינוי המגנטיזציה באמצעות קרינת XUV, תוך ניצול אפקט פאראדיי ההפוך בסגסוגת ברזל-גדוליניום. גישה זו מאפשרת שינויי מגנטיזציה משמעותיים ללא ההשפעות התרמיות הרגילות, ומבטיחה שיפורים בטכנולוגיות מגנטיות מהירה במיוחד. קרדיט: twoday.co.il.com
מחקר חדש מציג שיטה לא תרמית למגנטיזציה באמצעות אור XUV מקוטב מעגלי, המשרה שינויי מגנטיזציה משמעותיים באמצעות אפקט פאראדיי ההפוך, שעלול לשנות אחסון נתונים מהיר במיוחד וספינטרוניקה.
ניתן להשתמש בפולסי לייזר עזים כדי לתמרן או אפילו לשנות את כיוון המגנטיזציה של חומר בסקאלות זמן קצרות במיוחד. בדרך כלל, השפעות כאלה נגרמות תרמית, שכן אנרגיית הלייזר הנספגת מחממת את החומר במהירות רבה, וגורמת להפרעה מהירה במיוחד של הסדר המגנטי.
מדענים ממכון מקס בורן (MBI), בשיתוף עם צוות בינלאומי של חוקרים, הוכיחו כעת גישה לא-תרמית יעילה של יצירת שינויי מגנטיזציה גדולים. על ידי חשיפת ברזל-גדוליניום פרימגנטי סַגסוֹגֶת לפולסים מקוטבים מעגליים של קרינה אולטרה סגולה קיצונית (XUV), הם עלולים לחשוף תגובה מגנטית חזקה במיוחד בהתאם למידת הידיות של פרץ אור ה-XUV הנכנס (קיטוב עגול שמאלי או ימני).
המנגנון הבסיסי מבוסס על אפקט פאראדיי ההפוך, שאינו מסתמך על בליעת האור, אלא מספק אינטראקציה יעילה בין הקיטוב שלו לבין המומנטים המגנטיים בחומר.
שליטה במגנטיות באמצעות אור מקוטב
כאשר דופק לייזר אינטנסיבי פוגע בתווך ממוגנט, ניתן לייחס את השפעתו על המגנטיזציה בדרך כלל לכמות האנרגיה המוכנסת לחומר כאשר הוא נספג. מבחינה מיקרוסקופית, זה מתאים לעירור אופטי של אלקטרונים, המובאים במהירות לאי שיווי משקל ומתחילים להתפזר זה עם זה ועם חלקיקים כמו-חלקיקים אחרים, מה שמשנה את ספין האלקטרונים ואת מומנטי המסלול ולכן את המגנטיזציה ארוכת הטווח.
למרות שמנגנונים כאלה גורמים למגוון של תופעות מרתקות, כולל דה-מגנטיזציה מהירה במיוחד ומיתוג מגנטיזציה המושרה בלייזר, הם מגיעים במחיר של עומס חום משמעותי על החומר, מה שמגביל את הישימות הטכנולוגית שבהם נדרשים קצבי חזרות מהירים, למשל לקריאה. / פעולות כתיבה בטכנולוגיות עתידיות לאחסון נתונים.
איור 1: דינמיקה של מגנטיזציה המושרה על ידי פולסי XUV של פמט שנייה המכוונים לתהודה Fe M3,2 (54.1 eV) של FeGd עם קיטוב משתנה (קיטוב מעגלי עם הליציות מנוגדות σ± וקיטוב אופקי ליניארי) עבור שתי תנועות עירור שונות. האפקט התלוי בהליטיות ΔM מתאים להבדל המושרה על ידי IFE של משרעות הדה-מגנטיזציה עבור עירור σ±. קרדיט: MBI / M. Hennecke
אפקט פאראדיי ההפוך ותופעות אופטו-מגנטיות
צוות בינלאומי של חוקרים, בראשות מדענים מ-MBI, חקר כעת מסלול שונה לחלוטין, לא תרמי של מניפולציה של מגנטיות על ידי אור. גישתם מבוססת על תופעה אופטו-מגנטית שאינה מסתמכת על חימום אלקטרוני המושרה מקליטת האור, אלא על אינטראקציה ישירה וקוהרנטית בין קיטוב האור לבין הספינים האלקטרוניים.
המנגנון הבסיסי הוא אפקט פאראדיי ההפוך (IFE), המוביל ליצירת מומנטים מגנטיים במדיום הנרגש אופטית על ידי קרינה מקוטבת מעגלית, כאשר כיוון המגנטיזציה תלוי ביד שמאל או ימין של הקיטוב המעגלי. כלומר, ההליסיה שלו. עם זאת, מכיוון שהמאפיינים המתכתיים והבולטים ביותר של רוב החומרים הפרו-ואנטי-פרומגנטיים מדכאים בדרך כלל את ההשפעות הלא-תרמיות שהוזכרו לעיל, היה צורך לפתח טכניקה מיוחדת כדי ליצור תגובה אופטו-מגנטית גדולה.
באמצעות פעימות פמט-שנייה מקוטבות מעגלית של קרינה אולטרה סגולה קיצונית (XUV), שנוצרה בלייזר האלקטרונים החופשיים FERMI, המדענים יכלו להדגים יצירת מגנטיזציה חזקה במיוחד המושרה על ידי IFE בסגסוגת ברזל-גדוליניום מתכתית, פרימגנטית (FeGd). זה אפשרי בגלל הגבוה פוטון אנרגיה של קרינת ה-XUV, המאפשרת עירור תהודה של אלקטרונים ברמת הליבה הקשורים בחוזקה, אשר בשל תכונותיהם הפנימיות (במיוחד, צימוד ספין-מסלול חזק) מקלים על יצירת אפקטים אופטו-מגנטיים גדולים.
איור 2: השוואה בין ההשפעות הגדולות ביותר, תלויות הליטיות שנצפו בניסוי, ΔMexp (יהלומים צהובים, סולם שמאלי) לתגובת IFE המחושבת ΔIFE (קו טורקיז, סולם ימני) כפונקציה של אנרגיית הפוטון XUV. ΔMsim (יהלומים אדומים, סולם שמאלי) מציג את ההשפעה הצפויה של ה-XMCD (קו כחול) על דינמיקת המגנטיזציה, שהיא קטנה מכדי להסביר את ההשפעות שנצפו. קרדיט: MBI / M. Hennecke
הדגמת שינויי מגנטיזציה גדולים באמצעות XUV
עם גישה זו, המדענים יכלו להראות כי עבור אנרגיות פוטון XUV שונות סביב ה-Fe M3,2 תהודה ברמת הליבה, המגנטיזציה המושרה על ידי IFE יכולה להגיע עד 20-30% מהמגנטיזציה במצב הקרקע של הסגסוגת, הנמדדת על ידי ההבדל בין דה-מגנטיזציה מהירה במיוחד המושרה עבור הליציות מנוגדות של פולסי XUV המקוטבים בצורה מעגלית (איור 1) .
נתמך על ידי תיאוריית ab initio וסימולציות דינמיקה ספין, ניתן גם להוכיח שההשפעות הנצפות עולות בקנה אחד עם תגובת ה-IFE הצפויה (איור 2) ואינן ניתנות להסבר על ידי מנגנון תלוי הליסי תרמית בלבד, כגון המבוסס. דיכרואיזם מעגלי מגנטי של רנטגן (XMCD).
מתן שיטה יעילה ליצירה לא-תרמית של מגנטיזציה גדולה בסקאלות זמן אולטרה-מהירים, ממצאים אלו צפויים להיות בעלי רלוונטיות גבוהה עבור תחומי מגנטיות אולטרה-מהירה וספינטרוניקה, כמו גם בקרת מגנטיזציה קוהרנטית ומדע הרנטגן הלא-ליניארי. אינטראקציות חומריות.
