Neue Route zum Schalten von Magneten mit Licht

Neue Route zum Schalten von Magneten mit Licht

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Anonim

von der Radboud University

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Ein internationales Team unter der Leitung von Physikern der Radboud-Universität hat herausgefunden, dass das Umkehren der Magnetpole ohne Erwärmung oder Magnetfeld möglich sein muss der Magnetismus ( Nature Communications , 16. September 2015).

2007 zeigten Professor Rasing und seine Gruppe an der Radboud University zum ersten Mal, dass schnelle Laserlichtpulse die Pole von Magneten umkehren können. Dies war ein Paradigmenwechsel, da die Physiker bis dahin der Ansicht waren, dass Licht niemals stark genug sein könne, um die starken magnetischen Wechselwirkungskräfte aufzubrechen. Es kann jedoch auch eine sehr lokale Erwärmung durch den Laserpuls in Kombination mit Unterschieden in den Reaktionszeiten der Atombestandteile dieses Phänomen erklären. Die Forscher haben nun eine neue Art entdeckt, wie Licht die Magnetisierung manipulieren kann.

Direkt an den Elektronen

In dem von Nature Communications am 16. September veröffentlichten Artikel zeigen die Forscher, dass das Licht Elektronen anregen kann, die wiederum die Stärke der Austauschwechselwirkung direkt beeinflussen und damit die Magnetisierung verändern können. Dabei wird keine Wärme freigesetzt. Dies ist eine gute Nachricht für Anwendungen mit magnetischer Datenspeicherung, da das Verfahren nur wenig Energie benötigt. Die Wechselwirkung bezieht sich auf die internen quantenmechanischen Kräfte, die einen Magneten magnetisch machen.

"Wir haben unsere Experimente mit Eisenoxiden, einschließlich Hämatit, durchgeführt", sagt Projektleiter Alexey Kimel. Die Kristallstruktur von Hämatit ist ein gutes System, um diesen Mechanismus zu untersuchen, da die Eisenionen durch Sauerstoffionen im Kristallgitter sauber getrennt sind. Trotzdem findet eine Austauschwechselwirkung zwischen den Eisenionen statt, da die Elektronen durch die Sauerstoffionen wechselwirken. Indem wir die Elektronen im Sauerstoff mit einem Lichtimpuls erregen, können wir die Austauschwechselwirkung zwischen den Eisenspins manipulieren und in naher Zukunft möglicherweise sogar ihre Polarität umkehren. "

Coole Einsparungen

Das Schalten ohne Wärme kann die magnetische Datenspeicherung revolutionieren. Derzeit werden in großen Rechenzentren enorme Wärmemengen freigesetzt, und eine gute Kühlung wird zu einem großen Problem. So plant beispielsweise Facebook den Bau eines neuen Rechenzentrums in Nordschweden. "Wenn wir Informationen mit einer neuen, coolen Methode speichern können, ist die Datenspeicherung viel billiger", erklärt Kimel.

Messen Sie, was Sie tun

Die Forscher entwickelten auch ein Magnetometer, um die ultraschnellen Änderungen zu messen, die sie in einem Magneten induzieren. Sie nutzen die sich frei ausbreitende elektromagnetische Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich (1 THz = 10 12 Hz), die von den Spins des Magneten ausgesendet wird. Indem sie die Änderungen dieser Strahlung messen, können sie die Wirkung von Licht auf die Magnetisierung messen. "Wir haben ein Magnetometer hergestellt, das im Femtosekundenbereich misst", sagt Rostislav Mikhaylovskiy, der erste Autor des Artikels.

Fortsetzung bei FELIX und HFML

Weitere Untersuchungen zum Schalten mit Licht werden die Forscher im neuen FELIX-Laserlabor und im angrenzenden HFML in Nimwegen durchführen. Die Stärke der von HFML erzeugten Magnetfelder ist mit der der Austauschwechselwirkung vergleichbar, und die Frequenz der von FELIX erzeugten Lichtwellen kann so eingestellt werden, dass sie die Elektronen beeinflusst und die Stärke der Austauschwechselwirkung am effektivsten ändert. "Dies wird uns sicherlich helfen, diesen Mechanismus genauer zu untersuchen", sagt Theo Rasing.