Wereldwijd worden enorme inspanningen geleverd op een technologisch gebied dat de mogelijkheden van conventionele elektronica ver zou kunnen overtreffen:Spintronics. In plaats van te werken op basis van de collectieve beweging van geladen deeltjes (elektronen), spintronic-apparaten kunnen geheugenopslag en gegevensoverdracht uitvoeren door spin te manipuleren, een intrinsieke eigenschap van elementaire deeltjes die verband houdt met impulsmoment en waaruit veel magnetische eigenschappen in materialen ontstaan. Helaas, het beheersen van spin is een uitdagende onderneming gebleken, vooraanstaande natuurkundigen en ingenieurs op zoek naar efficiënte materialen en technieken om dit te doen.

In dit verband, antiferromagnetische materialen (AFM's) zijn goede kandidaten voor spintronica omdat ze bestand zijn tegen externe magnetische velden en het mogelijk maken om van spinwaarden te wisselen in tijdschalen van picoseconden. Een veelbelovende strategie om spinoriëntatie in AFM's te manipuleren, is het gebruik van een optische laser om extreem kortlevende magnetische veldpulsen te creëren, een fenomeen dat bekend staat als het inverse Faraday-effect (IFE). Hoewel de IFE in AFM's twee zeer verschillende soorten koppel (rotatiekracht) genereert op hun magnetisatie, het lijkt er nu op dat de belangrijkste van de twee op de een of andere manier in het onderzoek is verwaarloosd.

In een recente studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een drietal wetenschappers, waaronder professor Takuya Satoh van de Tokyo Tech, Japan, diep in deze kwestie gedoken. Spindynamiek in AFM's wordt beschreven door een som van twee termen:veldachtig koppel en dempingskoppel. Het laatste, zoals het woord 'demping' impliceert, is gerelateerd aan het geleidelijke verval (of afsterven) van de spinoscillaties veroorzaakt door de optische pulsen op het materiaal.

Tot nu, wetenschappers bestudeerden het dempingskoppel alleen vanuit het perspectief van spin-relaxatie na excitatie, geloven dat de amplitude klein is tijdens het ultrakorte spin-excitatieproces. In dit onderzoek, echter, Prof Satoh en collega's vonden het, in sommige gevallen, de belangrijkste speler op het gebied van spin-heroriëntatie dankzij de IFE. Door theoretische analyses en experimentele verificatie in zowel YMnO3 als HoMnO3, ze verduidelijkten de omstandigheden waaronder het dempingseffect het dominante spin-excitatiemechanisme wordt.

Een vereenvoudigde interpretatie van de bevindingen kan als volgt zijn. Stel je een hangende slinger (magnetisatierichting) voor die oscilleert in brede bogen, een zeer uitgesproken ellips tekenen. Het dempingskoppel produceert een grote onmiddellijke verstoring in de richting van de kleine diameter, het 'tippen' en het laten leunen als een tol die op het punt staat te vallen. "De anders kleine dempingsgerelateerde magnetisatie veroorzaakt een grote spinkanteling vanwege de extreme ellipticiteit die inherent is aan AFM's, " legt prof Satoh uit. "Aangezien het mogelijk is om de sterkte van de demping aan te passen door de ionen strategisch te selecteren in de AFM, we hebben misschien een manier gevonden om materiaaleigenschappen af ​​te stemmen voor specifieke spintronische toepassingen, " hij voegt toe.

Het drietal wetenschappers testte ook hoe spindynamiek wordt beïnvloed door temperatuur, die de antiferromagnetische orde beïnvloedt en zelfs vernietigt voorbij bepaalde drempels. Door de materialen dicht bij de kritische overgangspunten te plaatsen, ze slaagden erin om een ​​meer uitgesproken effect te produceren van het koppel van het dempingstype. Enthousiast over de resultaten, Prof Satoh merkt op:"Onze resultaten geven aan dat optisch gegenereerde koppels de lang gezochte tool kunnen zijn die de efficiënte realisatie van ultrasnelle spin-switching in AFM's mogelijk maakt."

Hoewel er zeker nog veel onderzoek nodig zal zijn voordat toegepaste spintronica werkelijkheid wordt, het blootleggen van efficiënte mechanismen voor spinmanipulatie is uiteraard een van de eerste stappen. Deze studie bewijst dat dergelijke mechanismen verborgen kunnen zijn in fenomenen die we kennen en negeren!