De prestaties van magnetische opslag- en geheugenapparaten zijn afhankelijk van de magnetisatiedynamiek van magnetische elementen op nanometerschaal die nanomagneten worden genoemd. Onderzoekers van UC Santa Cruz hebben een nieuwe optische techniek ontwikkeld die een efficiënte analyse mogelijk maakt van enkele nanomagneten met een diameter tot 75 nanometer. waardoor ze kritieke informatie kunnen extraheren voor het optimaliseren van de apparaatprestaties.

"Het is een veel efficiëntere methode om kritieke apparaatparameters voor magnetisch geheugen en andere toepassingen te verkrijgen, " zei elektrotechnisch ingenieur Holger Schmidt, de Kapany-hoogleraar opto-elektronica aan de UC Santa Cruz.

Schmidt en eerste auteur Wei-Gang Yang, een postdoctoraal onderzoeker in zijn lab, rapporteerden hun resultaten in een paper gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven als het omslagartikel van het nummer van 26 mei.

De traditionele optische techniek die Schmidt's lab heeft gebruikt om deze materialen te bestuderen, gebruikt een korte laserpuls om de nanomagneet uit zijn evenwichtstoestand te slaan, waarmee onderzoekers informatie over de eigenschappen van de magneet kunnen extraheren als deze terugkeert naar zijn normale toestand. Met kleinere nanomagneten, echter, deze benadering wordt zeer inefficiënt omdat het optische signaal wordt verminderd en moeilijker op te pikken.

Bij de nieuwe aanpak in plaats van de nanomagneet direct te prikkelen, de laserpuls schijnt op een reeks kleine staafjes die een rooster vormen, waardoor ze trillen en golven genereren in het materiaal dat akoestische oppervlaktegolven wordt genoemd. Door roosters met gebogen staven te ontwerpen, Yang en Schmidt waren in staat om de trillingsenergie van de golven te concentreren om te convergeren op de locatie van de nanomagneet. De akoestische oppervlaktegolven veroorzaken magnetische oscillaties in de nanomagneet met dezelfde frequentie als de golven.

"Met hetzelfde laservermogen, we kunnen nu tien keer meer signaal krijgen, waardoor we veel kleinere nanomagneten kunnen zien, "Zei Schmidt. "We waren in staat om tot 75 nanometer te gaan, wat veel relevanter is voor de schaal van nanomagneten die in apparaten worden gebruikt."

De onderzoekers ontwikkelden ook een roosterontwerp dat golven genereert in vier verschillende richtingen en op verschillende frequenties van een enkele optische puls, waardoor ze de magnetisatiedynamiek van vier individuele nanomagneten op verschillende frequenties kunnen opwekken, variërend van 7 tot 10 gigahertz. Nanomagnetische oscillatoren zijn belangrijke componenten in veel opkomende "spintronische" technologieën.

"Dit is een interessante manier om deze microgolfoscillaties op gang te krijgen, en het is iets dat we verder willen nastreven, ' zei Schmidt.