Een magneet maken van een stuk ijzer en een spoel of draad, of een andere magneet, is een eenvoudig experiment. Een extern elektrisch of magnetisch veld kan groepen atomen in het ijzer in de loop van de tijd uitlijnen, zodat ze hun eigen permanente magnetische veld aannemen. Een soortgelijk versneld proces slaat informatie op op harde schijven van computers. Een speciaal geval van magnetisme, bekend als ferrimagnetisme, kan een nog snellere omschakeling van magnetisme mogelijk maken, wat leidt tot enorme verbeteringen in de manier waarop computers met informatie omgaan.

Nutsvoorzieningen, een internationale onderzoeksgroep, onder leiding van natuurkundigen van de Universiteit van Osaka, heeft nieuw inzicht opgeleverd in hoe de samenstelling van ferrimagnetische materialen hun interactie met licht kan beïnvloeden. Ze rapporteerden onlangs hun bevindingen in Technische Natuurkunde Express .

"We weten dat laserpulsen de magnetisatie in bepaalde ferrimagnetische legeringen kunnen omkeren, maar licht beïnvloedt ook andere eigenschappen van het materiaal, " coauteur Hidenori Fujiwara zegt. "Om meer te leren over de interacties van het magnetisme met licht, we bestudeerden de spindynamiek van ferrimagnetische dunne films die verschillende hoeveelheden gadolinium bevatten."

Ferrimagnetische materialen kunnen worden gezien als een mengsel van elektronen die op verschillende plaatsen in het materiaal ronddraaien. Sommige spins kunnen elkaar opheffen, maar er blijft een zekere restmagnetisatie bestaan. Het afvuren van een ultrasnelle laserpuls op het materiaal kan de draairichting volledig omdraaien, het magnetisme omkeren, of kan de spins verstoren, veroorzaakt een soort wiebelen die bekend staat als spin-precessie. Het soort gedrag dat wordt vertoond is sterk afhankelijk van de temperatuur en samenstelling van het materiaal.

De onderzoekers gebruikten een geavanceerde synchrotron-meetopstelling die in hun eerdere studies was ontwikkeld om aan te tonen dat een lichte variatie in de samenstelling van een legering de reactie op de laserpuls drastisch veranderde. Iets meer gadolinium in de films leidde tot het omdraaien van de magnetische spin; iets minder leidde tot spin-precessie bij kamertemperatuur.

De opstelling van de onderzoekers kon ook de golfachtige aard van de spin-precessie visualiseren gedurende een paar nanoseconden na de laserpuls. Ze toonden aan dat de hoek van precisie, of de hoek van de spin wiebelen, was de grootste tot nu toe gerapporteerd.

"Dit zijn complexe systemen met veel verschillende interagerende eigenschappen, maar we hebben enkele duidelijke relaties gevonden tussen de samenstelling van een ferrimagnetische legering en zijn magnetische interacties met licht, " zegt co-auteur Akira Sekiyama. "Het begrijpen van dit gedrag is belangrijk vanuit een fundamenteel natuurkundig standpunt, en essentieel voor het toepassen van deze materiële systemen in geavanceerde elektronische apparaten."