Магнитные диэлектрики оказались в сто раз быстрее, чем считалось ранее

Исследователи из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН совместно с коллегами из других научных организаций России, Германии, Швеции и Японии научились менять намагниченность диэлектрика сверхкороткими лазерными импульсами. За счет этого им удалось снизить время изменения намагниченности до всего лишь одной пикосекунды (триллионной доли секунды). Это в 100 раз быстрее, чем считалось возможным ранее. Подобные процессы в перспективе позволят создать быстродействующие магнитные системы накопления и обработки информации. Соответствующая статья опубликована в Science Advances. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.
В современной электронике уже давно и успешно используют металлы с магнитными свойствами. Среди прочих их качеств — способность быстро изменять намагниченность под действием нагрева от фемтосекундных лазеров (длина их импульса — одна квадриллионная секунды). Это свойство можно использовать для сверхбыстрого управления намагниченностью, в том числе для создания новых высокоскоростных систем записи и обработки информации. А вот в магнитных диэлектриках лазерный нагрев распространяется намного слабее, и поэтому в норме намагниченность под действием лазерных импульсов изменяется достаточно медленно. Данный факт заставлял считать магнитные диэлектрики бесперспективными для сверхбыстрых систем управления данными.
Авторы новой работы нашли способ изменять намагниченность магнитных диэлектриков с очень высокой скоростью. Они облучали тонкопленочный оксид иттрия и железа (YIG), весьма популярный как модельный материал для исследований электронных свойств диэлектриков. Затем полученный образец облучали сверхкороткими терагерцевыми (с длиной волны между инфракрасным излучением и СВЧ-излучением) лазерными импульсами. Для регистрации изменений намагниченности через образец параллельно пропускали второй лазерный луч с длиной волны видимого диапазона. Поляризация фотонов, проходивших через пленку, изменялась под действием колебаний магнитного состояния материала, что и позволило выявить и замерить скорость последних. Созданное терагерцевыми импульсами возмущение кристаллической решетки материала передавалось спиновой подсистеме, изменяя направление «вращения» отдельных атомов и тем самым меняя ориентацию магнитных моментов отдельных атомов материала.
Существующие на сегодня модели процессов в магнитных диэлектриках не описывали подобные явления. Для объяснения результатов своего эксперимента ученые разработали новую математическую модель наблюдавшихся ими процессов. Благодаря ей удалось продемонстрировать, что сверхкороткие терагерцовые импульсы вызывают такие колебания кристаллической решетки оксида иттрия и железа, которые меняют взаимодействия между атомами с магнитными свойствами. Это приводит к смене их ориентации друг относительно друга, что и вызывает изменение намагниченности материала в целом.
Новый эксперимент и математическая модель, созданная на его основе, впервые показали, что в подобных материалах возможна сверхбыстрая магнитная динамика. Таким образом, магнитные диэлектрики могут иметь большой потенциал в той области электроники, где ранее они считались неприменимыми.

Источник - http://rscf.ru/

Поиск