Tohoku University-onderzoekers hebben een computersimulatie ontwikkeld die laat zien dat het gebruik van ultrasnelle laserpulsen om elektronen in een magnetisch materiaal te exciteren ze in een voorbijgaande niet-magnetische toestand brengt. Dit zou de tijd kunnen verminderen die nodig is om het magnetisme van een materiaal te manipuleren, het verbeteren van magnetische opslag- en informatieverwerkingstechnologieën.

bits opslaan, of binaire cijfers, van informatie in magnetische geheugenapparaten vereist het vermogen om het magnetisme in een materiaal tussen ferromagnetisch en antiferromagnetisch om te keren. In de ferromagnetische toestand, de elektronspins in het materiaal evenwijdig aan elkaar uitgelijnd en in dezelfde richting draaien, waardoor ze en het materiaal magnetisch worden. In de antiferromagnetische toestand, de elektronenspins zijn evenwijdig aan elkaar uitgelijnd, maar naburige elektronen draaien in tegengestelde richtingen, elkaars effecten opheffen en ze en het materiaal waarin ze bestaan ​​nagenoeg niet-magnetisch maken.

Snelle geheugenopslag vereist een snelle draaiomkering. Onderzoekers hebben manieren bestudeerd om het te controleren met behulp van ultrasnelle lasers om nog snellere geheugenopslag te krijgen. Hoe korter de puls van de laser, hoe sneller de omkering zal zijn.

Natuurkundigen Atsushi Ono en Sumio Ishihara van Tohoku University ontwikkelden een computationele benadering om te modelleren hoe elektronen en hun spins met elkaar omgaan en reageren op laserlicht.

Ze ontdekten dat het blootstellen van elektronen in ferromagnetische materialen aan continu laserlicht hen opgewonden maakt, elektroninteracties veroorzaken die leiden tot een antiferromagnetische toestand. Het toepassen van ultrasnelle lichtpulsen leidt ook tot het overschakelen van ferromagnetisme naar transient antiferromagnetisme, gevolgd door herstel van ferromagnetisme. Toen de onderzoekers een ultrasnelle laserpuls toepasten, gevolgd door een continu laserlicht, de elektronen werden gemanipuleerd in een antiferromagnetische toestand die vervolgens werd gehandhaafd door het continue licht. Het verwijderen van het continue licht veroorzaakte de geleidelijke verdwijning van de antiferromagnetische toestand.

Deze interacties begrijpen, evenals de fundamentele limieten van spin-omkering, is noodzakelijk voor de toekomstige ontwikkeling van magnetische geheugenapparaten. De volgende stap vereist fysieke experimenten om de voorspellingen van het model te testen.

"Experimentele bevestigingen zijn onontbeerlijk voor het opstellen van dit voorstel, " schrijven de onderzoekers in hun studie, die in het tijdschrift werd gepubliceerd Fysieke beoordelingsbrieven . Ono en Ishihara suggereren perovskietmanganieten en gelaagde manganieten als mogelijke materialen voor het testen van hun model. Ze suggereren ook een verscheidenheid aan technieken, zoals magnetische röntgendiffractie en foto-emissiespectroscopie, voor het observeren van de voorbijgaande antiferromagnetische toestand.