Elektronische eigenschappen van materialen kunnen direct worden beïnvloed via lichtabsorptie in minder dan een femtoseconde (10 ^-15 seconden), die wordt beschouwd als de grens van de maximaal haalbare snelheid van elektronische schakelingen. In tegenstelling tot, het magnetische moment van materie kon tot nu toe alleen worden beïnvloed door een aan licht en magnetisme gekoppeld proces en omweg door middel van magnetische velden, daarom duurt magnetisch schakelen veel langer en minstens enkele honderden femtoseconden.

Een consortium van onderzoekers van de Max Planck Institutes for Quantum Optics and for Microstructure Physics, van het Max Born Instituut, aan de Universiteit van Greifswald en de Technische Universiteit van Graz hebben nu pas de magnetische eigenschappen van een ferromagnetisch materiaal kunnen manipuleren op een tijdschaal van elektrische veldoscillaties van zichtbaar licht - en dus synchroon met de elektrische eigenschappen - door middel van laserpulsen . Deze invloed kon met een factor 200 worden versneld en werd gemeten en weergegeven met behulp van in de tijd opgeloste attoseconde spectroscopie. De onderzoekers beschreven hun experiment in het tijdschrift Natuur .

Samenstelling van het materiaal als cruciaal criterium

Bij attoseconde spectroscopie, magnetische materialen worden gebombardeerd met ultrakorte laserpulsen en elektronisch beïnvloed. "De lichtflitsen veroorzaken een intrinsiek en meestal vertragend proces in het materiaal. De elektronische excitatie wordt vertaald in een verandering in magnetische eigenschappen, " legt Martin Schultze uit, die tot voor kort werkte bij het Max Planck Instituut voor Quantum Optics in München, maar die nu hoogleraar is aan het Instituut voor Experimentele Fysica van de TU Graz. Door de combinatie van een ferromagneet met een niet-magnetisch metaal, de magnetische reactie in het beschreven experiment, echter, net zo snel tot stand komt als de elektronische. "Door middel van de speciale constellatie, konden we optisch een ruimtelijke herverdeling van de ladingsdrager bewerkstelligen, wat resulteerde in een direct gekoppelde verandering in de magnetische eigenschappen, " zegt Markus Münzenberg. Samen met zijn team in Greifswald, hij ontwikkelde en produceerde de speciale materiaalsystemen.

Schultze is enthousiast over de omvang van het succes van het onderzoek:"Nooit eerder is zo'n snel magnetisch fenomeen waargenomen. ultrasnel magnetisme krijgt een geheel nieuwe betekenis." Sangeeta Sharma, onderzoeker aan het Max Born Instituut in Berlijn die het onderliggende proces voorspelde met behulp van computermodellen, is onder de indruk:"Hiervan verwachten we een flinke ontwikkelingsboost voor alle toepassingen waarin magnetisme en elektronenspin een rol spelen."

Eerste stap naar coherent magnetisme

Verder, de onderzoekers laten in hun metingen zien dat het waargenomen proces coherent verloopt:hierdoor blijft het kwantummechanische golfkarakter van de bewegende ladingsdragers behouden. Deze omstandigheden stellen wetenschappers in staat om individuele atomen als informatiedragers te gebruiken in plaats van grotere eenheden materiaal of om de veranderende magnetische eigenschappen te beïnvloeden met behulp van een andere specifiek vertraagde laserpuls, waardoor technologische miniaturisering wordt bevorderd. "Wat betreft nieuwe perspectieven, dit zou kunnen leiden tot soortgelijke fantastische ontwikkelingen als op het gebied van magnetisme, zoals elektronische coherentie in quantum computing, " zegt Schultze hoopvol, die nu een werkgroep leidt die zich richt op attoseconde fysica aan het Institute of Experimental Physics.