Dysprosium is niet alleen het atomaire element met de sterkste magnetische momenten, maar het heeft ook een andere interessante eigenschap:zijn magnetische momenten wijzen ofwel allemaal in dezelfde richting (ferromagnetisme) of zijn tegen elkaar gekanteld, afhankelijk van de temperatuur. Dit maakt het mogelijk om binnen een enkel monster te onderzoeken hoe verschillend georiënteerde magnetische momenten zich gedragen wanneer ze worden geëxciteerd door een externe energiepuls.

Natuurkundige Dr. Nele Thielemann-Kuehn en haar collega's hebben dit probleem nu onderzocht bij BESSY II. De BESSY II-röntgenbron is een van de weinige faciliteiten ter wereld die het mogelijk maakt om processen zo snel als verstoringen van de magnetische orde waar te nemen. Ze ontdekte dat de magnetische oriëntatie in antiferromagnetisch dysprosium veel gemakkelijker kan worden omgeschakeld met een korte laserpuls dan in ferromagnetisch dysprosium.

"Dit komt omdat de magnetische momenten op atomair niveau zijn gekoppeld aan hoekmomenten zoals een gyroscoop, " legt Thielemann-Kuehn uit. Het kantelen van een roterende gyroscoop vereist kracht omdat het impulsmoment moet worden overgebracht naar een ander lichaam. "Albert Einstein en Wander Johannes de Haas toonden in 1915 in een beroemd experiment aan dat wanneer de magnetisatie van een hangende ijzeren staaf verandert , de staaf begint te roteren omdat de hoekmomenten van de magneten op atomair niveau in de hangende staaf als geheel erop worden overgedragen. Als de magnetische momenten op atomair niveau in eerste instantie al in verschillende richtingen wijzen, hun hoekmomenten kunnen met elkaar interageren en elkaar opheffen, net alsof je twee gyroscopen zou combineren die in tegengestelde richting draaien, " zegt Dr. Christian Schuessler-Langeheine, hoofd van de groep.

De overdracht van impulsmoment kost tijd, Hoewel. Antiferromagnetische orde, waarvoor deze overdracht niet vereist is, zou daarom sneller moeten worden verstoord dan ferromagnetische orde. Thielemann-Kuehn en haar collega's hebben daar nu bewijs van geleverd. Bovendien, het team ontdekte ook dat de energie die nodig is in het geval van de antiferromagnetische momenta aanzienlijk lager is dan in het geval van ferromagnetische orde.

Uit deze observatie, de wetenschappers hebben kunnen voorstellen hoe materialen kunnen worden ontwikkeld met een combinatie van ferromagnetische en antiferromagnetische uitgelijnde spins die geschikt zijn als magnetische opslagmedia en die kunnen worden geschakeld met aanzienlijk lager energieverbruik dan materiaal gemaakt van conventionele magneten.

De studie is gepubliceerd in Fysieke beoordeling B .