Het delen van realtime informatie vereist complexe netwerken van systemen. Een veelbelovende aanpak voor het versnellen van gegevensopslagapparaten bestaat uit het omschakelen van de magnetisatie, of de elektronenspin, van magnetische materialen met ultrakorte femtoseconde laserpulsen. Maar hoe de spin evolueert in de nanowereld op extreem korte tijdschalen, in een miljoenste van een miljardste van een seconde, is grotendeels mysterieus gebleven. Het team van professor François Légaré van het Institut national de la recherche scientifique (INRS) heeft op dit gebied een grote doorbraak bereikt, in samenwerking met de TU Wien, Oostenrijk, de Franse nationale synchrotronfaciliteit (SOLEIL) en andere internationale partners. Hun werk is gepubliceerd in het tijdschrift Optica .

Tot nu toe zijn studies over dit onderwerp sterk afhankelijk van grote röntgenfaciliteiten met beperkte toegang, zoals vrije-elektronenlasers en synchrotrons. Het team demonstreert voor het eerst een ultrasnelle zachte röntgenmicroscoop op tafelblad om de spindynamiek in zeldzame aardmaterialen, die veelbelovend zijn voor spintronische apparaten, ruimtelijk en tijdelijk op te lossen.

Deze nieuwe zachte röntgenbron, gebaseerd op een hoogenergetische Ytterbium-laser, vormt een cruciale stap vooruit voor het bestuderen van toekomstige energie-efficiënte en snelle spintronische apparaten en zou voor veel toepassingen in de natuurkunde, scheikunde en biologie kunnen worden gebruikt.

"Onze aanpak biedt een robuuste, kostenefficiënte en energie-schaalbare elegante oplossing voor veel laboratoria. Het maakt de studie mogelijk van ultrasnelle dynamiek in nanoschaal- en mesoschaalstructuren met zowel ruimtelijke nanometer- als femtoseconde-temporele resoluties, evenals met de elementspecificiteit." zegt professor Andrius Baltuska van de TU Wien.

Heldere röntgenpulsen om de spin te bekijken

Met deze heldere bron van röntgenfotonen is een reeks momentopnames gemaakt van de magnetische structuren van zeldzame aardmetalen op nanoschaal. Ze leggen duidelijk het snelle demagnetisatieproces bloot en de resultaten bieden rijke informatie over de magnetische eigenschappen die net zo nauwkeurig zijn als die verkregen met behulp van grootschalige röntgenfaciliteiten.

"De ontwikkeling van ultrasnelle röntgenbronnen op tafelbladen is opwindend voor geavanceerde technologische toepassingen en moderne wetenschapsgebieden. We zijn enthousiast over onze resultaten, die nuttig kunnen zijn voor toekomstig onderzoek naar spintronica, evenals andere potentiële velden", zegt INRS postdoctoraal onderzoeker, Dr. Guangyu Fan.

"Zeldzame aarde-systemen zijn populair in de gemeenschap vanwege hun nanometergrootte, hogere snelheid en topologisch beschermde stabiliteit. De röntgenbron is zeer aantrekkelijk voor veel onderzoeken naar toekomstige spintronische apparaten die zijn samengesteld uit zeldzame aarde", zegt Nicolas Jaouen, senior wetenschapper bij de Franse nationale synchrotronfaciliteit.

Professor Légaré benadrukt de samenwerking tussen experts in de ontwikkeling van ultramoderne lichtbronnen en ultrasnelle dynamiek in magnetische materialen op nanoschaal. "Gezien de snelle opkomst van krachtige Ytterbium-lasertechnologie, vertegenwoordigt dit werk een enorm potentieel voor krachtige zachte röntgenbronnen. Deze nieuwe generatie lasers, die binnenkort beschikbaar zal zijn bij de Advanced Laser Light Source (ALLS), zal hebben veel toekomstige toepassingen op het gebied van natuurkunde, scheikunde en zelfs biologie", zegt hij. + Verder verkennen

Ultrasnelle elektronische controle van magnetische anisotropie door midden-infrarood licht