De snelheid van het magnetiseren van een materiaal is ontdekt door een internationaal team van wetenschappers.

De onderzoekers van Lancaster University, University of California San Diego, Moscow Institute for Physics and Technology en Radboud University hebben licht geworpen op een van de meest intrigerende vragen van magnetisme:hoe snel kan magnetisatie in een materiaal worden gecreëerd?

Hun onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications .

De onderzoekers keken naar de gemeenschappelijke magnetische legering van ijzer en rhodium (FeRh) die een overgang vertoont in zowel zijn structuur als magnetisme bij verhitting net boven kamertemperatuur. Bij kamertemperatuur heeft FeRh geen netto magnetisatie vanwege zijn antiferromagnetische karakter, maar bij verhitting net boven kamertemperatuur wordt het materiaal een ferromagneet.

De onderzoekers ontdekten dat FeRh in drie fasen een overgang naar zijn ferromagnetische fase ondergaat:

• de excitatie van de laserpuls induceert een groot aantal kleine magnetische domeinen in het materiaal
• de magnetisatie van alle domeinen in één bepaalde richting uitgelijnd
• de individuele domeinen groeien om samen te smelten tot een groot enkel domein waar kan worden gezegd dat het materiaal een overgang heeft ondergaan naar zijn ferromagnetische fase

Kennis van de verschillende betrokken stadia en hun bijbehorende tijdschema's bij het induceren van een goed gedefinieerde magnetisatie met een lichtpuls biedt de mogelijkheid om FeRh te gebruiken in de nabije toekomst technologie voor gegevensopslag.

FeRh kan bijvoorbeeld worden gebruikt als opslagmedium bij warmteondersteunde magnetische opname (HAMR), een technologie die zowel externe warmte als lokale magnetische velden gebruikt om informatie op te slaan met een veel hogere bitdichtheid - kleine magnetische gebieden waar informatie wordt opgeslagen.

Natuurkundige Dr. Rajasekhar Medapalli van Lancaster University zegt dat "het begrijpen van de details van verschillende stadia die betrokken zijn bij de snelle opkomst van magnetisatie in een materiaal wetenschappers helpt bij het ontwikkelen van ultrasnelle en energiezuinige magnetische gegevensopslagtechnologieën."

Het onderzoek omvatte het gebruik van intense ultrakorte laserpulsen om FeRh snel te verwarmen in een korte kunstmatige stimulus die slechts een quadriljoenste van een seconde duurde. Na de interactie met het materiaal verhoogde de laserpuls de temperatuur met een paar honderd graden Celsius op tijdschalen korter dan een miljardste van een seconde.

Lange tijd was het een fascinerend doel voor onderzoekers in de fysica van de gecondenseerde materie om deze ultrasnelle warmte te gebruiken en de magnetische faseovergang in FeRh te beheersen, maar het was een uitdaging om deze overgang experimenteel te detecteren.

Om de uitdaging te overwinnen, gebruikten de wetenschappers het feit dat in de tijd variërende magnetisatie een in de tijd variërend elektrisch veld produceert in een medium dat zou moeten werken als een zender van straling. De uitgezonden straling draagt ​​gevoelige informatie over zijn oorsprong, d.w.z. de in de tijd variërende magnetisatie in het monster.

De onderzoekers gebruikten de nieuwe tijdsopgeloste spectroscopietechniek met dubbele pomp, ontwikkeld aan de Radboud Universiteit. Ze gebruikten twee laserpulsen voor dubbel pompen:terwijl de eerste laserpuls dient als ultrasnelle verwarming, helpt de tweede bij het genereren van een elektrisch veld. Door dit veld bij meerdere time-lapses tussen de twee laserpulsen te detecteren, konden de onderzoekers kijken hoe snel de magnetisatie in het materiaal naar voren komt. + Verder verkennen

De zoektocht om ultrasnelle en energiezuinige magnetische opnames te leveren, komt een stap dichterbij