ENGINEERINGNET.BE - Elke magneet bestaat uit kleine magneetjes, ofwel spins. Wanneer een materiaal magnetisch is, staan deze spins allemaal in dezelfde richting.
Met ultrakorte laserpulsen kunnen de spins in magnetische materialen in zeer korte tijd van richting veranderen.
Dit ultrasnel nanomagnetisme is belangrijk voor bijvoorbeeld harde schijven, waarop informatie wordt opgeslagen met behulp van magnetische bits.
Om die opslag sneller en kleiner te maken, is het essentieel om precies te begrijpen wat er gebeurt op nanoschaal.
Met een nieuwe beeldvormingstechniek die processen kan volgen tot op nanometers en femtoseconden, hebben onderzoekers van de Nederlandse Radboud Universiteit gekeken naar het gedrag van domeingrenzen.
Dit zijn dunne wanden van een nanometer tussen magnetische domeinen. Meerdere spins die dezelfde kant op wijzen, zijn een domein.
Collega-onderzoekers van het Max Planck instituut in Göttingen hebben met deze nieuwe techniek, die gebruik maakt van extreem ultraviolet licht, voor het eerst kunnen volgen wat er gebeurt met domeinwanden op het moment dat een laserpuls een magnetisch materiaal raakt.
Hieruit blijkt dat deze domeinwanden veel stabieler zijn dan gedacht. Zelfs wanneer een materiaal sterk wordt verhit door een laserpuls en gedeeltelijk zijn magnetisme verliest, blijven domeinwanden op hun plek en veranderen ze nauwelijks van vorm.
Onderzoeker Johan Mentink van de Radboud Universiteit: ‘Dit vertelt ons dat de energie van de laser heel lokaal werkt: het veroorzaakt demagnetisatie die op elke plek hetzelfde is. Hierdoor blijft de domeinstructuur, zowel de positie, vorm als breedte, intact.‘
Bij een nog krachtigere laser begint er iets anders te gebeuren: kleine stukjes van het materiaal slaan willekeurig om, als het gevolg van een kansproces op nanoschaal. De domeingrens blijft grotendeels intact, maar er komen op willekeurige plekken kleine domeinen bij.
‘Een krachtige puls geeft eigenlijk een soort rommeltje van domeinen die omhoog en omlaag staan,’ aldus Mentink. ‘Alleen door meerdere pulsen te gebruiken, kunnen ze samengroeien tot één groot domein.’
Dit betekent dat demagnetisatie vooral lokaal plaatsvindt, en niet doordat domeingrenzen zich snel door het materiaal verplaatsen.
Dat inzicht is belangrijk voor de manier waarop onderzoekers magnetisme proberen te controleren waardoor uiteindelijk dataopslag beter, sneller en efficiënter kan.
‘Wat ultrasnel gaat, is het schakelen,’ zegt Mentink. ‘Maar het verplaatsen van een domeingrens in de ruimte is een traag proces.’
