Nieuwe sluiproute zorgt voor sneller patroon in magneet

Natuurkundigen hebben een route ontdekt waarmee sneller dan ooit een patroon van spins in een magneet is te creëren, om zo bijvoorbeeld efficiëntere magnetische dataopslag te realiseren.

Trefwoorden: #elektronenmicroscopie, #European XFEL, #laserpuls, #magneet, #Max-Born-Institut, #MIT, #Radboud Universiteit, #skyrmion, #spin, #spindynamica-simulaties, #topologie, #vrije-elektronenlaser

Lees verder

research

( Foto: Dr. Bastian Pfau, Max-Born-Institut (Berlijn )

ENGINEERINGNET.BE - Het was al bekend dat je een patroon van magnetische spins kunt omzetten met laserlicht. Natuurkundigen hebben nu echter een nieuwe route ontdekt waardoor dit heel snel kan, in minder dan 300 picoseconden. Dat is veel sneller dan voorheen mogelijk werd geacht.

Magneten bestaan uit allemaal kleine magneetjes die spins worden genoemd. Normaal gesproken wijzen de spins allemaal in dezelfde richting en bepalen daarmee de noord- en zuidpool. Maar het komt ook voor dat de richtingen van spins samen een wervelend patroon vormen: een skyrmion.

Natuurkundigen van de Radboud Universiteit zoeken al lange tijd naar optimale manieren om magnetisme met laserlicht te controleren, om het uiteindelijk ook te gebruiken voor efficiëntere dataopslag.

Zij hebben nu een nieuwe ontdekking gedaan. De overgang tussen twee toestanden in een magneet (van spins één richting uit naar een skyrmion) blijkt ook te realiseren door het materiaal heel snel en kort te verwarmen met een laserpuls. De drempel voor de faseovergang wordt hiermee heel kort lager gemaakt.

Het bijzondere van deze nieuwe route is dat het materiaal eerst in een hele chaotische toestand wordt gebracht, waarbij de topologie, oftewel het aantal skyrmions in het materiaal, sterk fluctueert.

De onderzoekers hebben deze route alleen kunnen vinden door röntgenstraling van de Europese vrije-elektronenlaser in Hamburg te combineren met supergeavanceerde elektronenmicroscopie en spindynamica-simulaties.

Met deze fundamentele vinding is een nieuw hoofdstuk in de topologie aangebroken. Meer wetenschappers kunnen nu gaan zoeken naar vergelijkbare snelle manieren om andere materialen aan te passen.

Daarnaast opent deze vinding ook de deur naar nieuwe manieren van efficiëntere en snellere dataopslag. Magnetische skyrmions zijn heel klein, en doordat nu bekend is dat je ze met licht heel snel kan creëren, kan zo in potentie heel snel en efficiënt veel informatie worden opgeslagen op een klein oppervlak.


)

Op de figuur boven: Artistieke illustratie van skyrmions (gekleurde bollen) tijdens de chaotische fase in de magneet, waardoor schakelen veel sneller kan gaan dan voorheen bekend.

Het onderzoek was een samenwerking tussen MIT (Boston), Max-Born-Institut (Berlijn), Johannes Gutenberg Universita¨t (Mainz), European XFEL (Hamburg), Technische Universita¨t Berlin, Universita¨t Go¨ttingen, Deutsches Elektronen-Synchrotron, Universita¨t Heidelberg, Politecnico di Milano en Radboud Universiteit.