Vědci demonstrovali, že ultrarychlými (femtosekundovými) laserovými pulzy lze v antiferomagnetických materiálech vyvolat dosud neznámé magnetické jevy, které by mohly najít využití v dalších generacích ultrarychlých a energeticky úsporných systémů pro ukládání dat. Výsledky mezinárodního vědeckého týmu, který vedl Davide Bossini z University of Konstanz (Kostnice), byly publikovány ve Physical Review Letters. Základem studie jsou nové závěry týkající se šíření magnetických vln v antiferomagnetických materiálech a role tzv. doménových stěn.
V antiferomegnetech se magnetické momenty (spiny) sousedních atomů navzájem vyruší. Celkový magnetický moment je proto nulový a antiferomagnety své okolí na – rozdíl od feromagnetů dnes běžně používaných pro záznam dat – nijak neovlivňují, což potenciálně umožňuje mnohem vyšší hustotu záznamu. Fyzikální hranice rychlosti zápisu je v antiferomagnetech navíc 100–1000krát větší než ve feromagnetech. K antiferomagnetům patří mnoho látek běžně se vyskytujících v přírodě, především oxidy přechodných kovů (ale i jejich slitiny apod.), i když často mají tyto vlastnosti jen za nízkých teplot. Ve výzkumu zaměřeném na využívání antiferomagnetických materiálů pro ukládání dat jsou špičkou také vědci z Fyzikálního ústavu AV ČR.
Jednotlivé antiferomagnety jsou uvnitř rozděleny na mnoho menších oblastí, tzv. domén, kde jsou magnetické momenty uspořádány v různých (různě opačných) směrech, ale v jedné doméně vždy stejně („sever-jih“, „východ-západ“ atd.). V nejjednodušším případě se data v antiferomagnetu kódují tak, že domény odpovídající 1 a domény odpovídající 0 obsahují atomy, jejichž spiny jsou na sebe kolmé, což odpovídá (ne)průchodu elektrického proudu v příslušném směru.
Domény v antiferomagnetech od sebe bývají odděleny přechodovými oblastmi, které se označují jako doménové stěny. Nová práce se zaměřuje právě na jevy, které vyvolávají tyto stěny. Vědci vystavili antiferomagnety (konkrétně krystaly oxidu nikelnatého NiO) femtosekundovým laserovým pulzům. Femtosekundová škála je tak krátká, že i světlo za tu dobu může urazit jen velmi malou vzdálenost, za femtosekundu pouhých 0,3 mikrometru (průměr malé bakterie). Přitom v materiálu vznikají magnetické vlny s různými frekvencemi, které mohou být indukovány, zesíleny i vzájemně spojeny napříč různými doménami, ale pouze v přítomnosti doménových stěn. Ty se jinde než v antiferomagnetech nevyskytují, proto jsou tyto jevy omezené na pouze tento typ materiálů a např. při výzkumech feromagnetů nebylo podobné chování zaznamenáno. Schopnost propojovat různé magnetické vlny přes doménové stěny by podle nové studie mohla odpovídat právě ukládání a zpracování dat.
D.Bossini et al, Ultrafast Amplification and Nonlinear Magnetoelastic Coupling of Coherent Magnon Modes in an Antiferromagnet, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.077202
Zdroj: University of Konstanz / Phys.org a další