Onderzoekers over de hele wereld zijn voortdurend op zoek naar manieren om de mogelijkheden van elektronische apparaten te verbeteren of te overstijgen, die hun theoretische grenzen lijken te bereiken. Ongetwijfeld, een van de belangrijkste voordelen van elektronische technologie is de snelheid, die, zij het hoog, kan nog steeds met orden van grootte worden overtroffen door andere benaderingen die nog niet in de handel verkrijgbaar zijn.

Een mogelijke manier om traditionele elektronica te overtreffen is door het gebruik van antiferromagnetische (AFM) materialen. De elektronen van AFM-materialen richten zich spontaan op een zodanige manier dat de totale magnetisatie van het materiaal praktisch nul is. In feite, de volgorde van een AFM-materiaal kan worden gekwantificeerd in de zogenaamde 'orderparameter'. Recente studies hebben zelfs aangetoond dat de AFM-orderparameter kan worden 'geschakeld' (dat wil zeggen, veranderd van de ene bekende waarde naar de andere, heel snel) met behulp van licht of elektrische stroom, wat betekent dat AFM-materialen de bouwstenen kunnen worden van toekomstige elektronische apparaten.

Echter, de dynamiek van het orderwisselproces wordt niet begrepen omdat het erg moeilijk is om de veranderingen in de AFM-orderparameter in realtime met hoge resolutie te meten. De huidige benaderingen zijn gebaseerd op het meten van alleen bepaalde verschijnselen tijdens het wisselen van AFM-orders en het proberen om van daaruit het volledige beeld te krijgen, die onbetrouwbaar is gebleken om andere, meer ingewikkelde verschijnselen in detail te begrijpen. Daarom, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Takuya Satoh van Tokyo Tech en onderzoekers van ETH Zürich, ontwikkelde een methode om de veranderingen in de AFM-volgorde van een YMnO . grondig te meten ₃ kristal geïnduceerd door optische excitatie (dat wil zeggen, met behulp van een laser).

Het belangrijkste probleem dat de onderzoekers aangingen, was de vermeende "praktische onmogelijkheid" om in realtime onderscheid te maken tussen elektronendynamiek en veranderingen in de AFM-volgorde, die beide gelijktijdig worden geïnduceerd wanneer het materiaal wordt geëxciteerd om het schakelen tussen parameters te veroorzaken en bij het nemen van metingen. Ze gebruikten een op licht gebaseerde meetmethode genaamd 'tweede harmonische generatie, ' waarvan de outputwaarde direct gerelateerd is aan de AFM-orderparameter, en combineerde het met metingen van een ander op licht gebaseerd fenomeen, het Faraday-effect. Dit effect treedt op wanneer een bepaald type licht of laser wordt bestraald op magnetisch geordende materialen; in het geval van YMnO ₃ , dit effect verandert de AFM-orderparameter op een voorspelbare en goed begrepen manier. Dit was de sleutel tot hun aanpak, zodat ze de oorsprong en aard van meerdere gelijktijdige kwantumverschijnselen die de metingen van beide methoden op verschillende manieren beïnvloedden, konden scheiden.

Door deze twee verschillende meetmethoden te combineren, de onderzoekers slaagden erin om de veranderingen in de AFM-orderparameter in realtime met ultrasnelle resolutie volledig te karakteriseren. "De voorgestelde algemene benadering stelt ons in staat om toegang te krijgen tot orde-parameterdynamiek op tijdschalen van minder dan een biljoenste van een seconde, " stelt Prof. Satoh. De gepresenteerde benadering is cruciaal voor een beter begrip van de innerlijke werking van antiferromagnetische materialen. "Nauwkeurig en grondig volgen van de variaties in de volgordeparameter is onmisbaar voor het begrijpen van de complexe dynamiek die optreedt tijdens ultrasnel schakelen en andere AFM-gerelateerde verschijnselen , ", legt prof. Satoh uit. De tool die de onderzoekers hebben aangereikt, moet nu worden gebruikt om meer onderzoek te doen en hopelijk de ontwikkeling van revolutionaire elektronische apparaten met ongekende snelheden te bewerkstelligen.