Detta är en viktig ledtråd för vår teoretiska förståelse av optiskt styrda magnetiska datalagringsmedier. Resultaten publiceras den 25 augusti i tidningen Vetenskapliga rapporter .

Kraven på digitala lagringsmedier ökar kontinuerligt. Snabbt ökande datamängder och nya tekniska applikationer kräver minne som kan lagra stora mängder information på mycket lite utrymme och tillåta att denna information används på ett tillförlitligt sätt med höga åtkomsthastigheter.

Omskrivbara magnetiska datalagringsenheter som använder laserljus verkar ha särskilt goda utsikter. Forskare har arbetat med denna nya teknik i flera år. "Dock, det finns fortfarande olösta frågor om de grundläggande mekanismerna och det exakta sättet på vilket optiskt styrda magnetiska lagringsenheter fungerar ", säger Dr Florian Kronast, biträdande chef för Materials for Green Spintronics-avdelningen vid Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB).

Ett forskargrupp som leds av honom har nu lyckats ta ett viktigt steg mot bättre förståelse av denna mycket lovande lagringsteknik. Forskarna kunde för första gången empiriskt fastställa att uppvärmningen av lagringsmaterialet med laserljusets energi spelar en avgörande roll när man växlar magnetiseringsinriktningarna och att förändringen i materialet endast sker under vissa förhållanden.

Gör exakta mätningar i små laserfläckar

HZB -forskarna tillsammans med Freie Universität Berlin och Universität Regensburg studerade de mikroskopiska processerna vid extremt hög upplösning samtidigt som de bestrålade ett tunt lager magnetiskt material med hjälp av cirkulärt polariserat laserljus. Att göra detta, de riktade ljuset från en infraröd laser mot ett nanometertjockt lager av legering tillverkat av metaller terbium och järn (TbFe). Det som var speciellt med den experimentella uppsättningen var att den snävt fokuserade platsen för laserljus hade en diameter på endast tre mikron. "Det är mycket mindre än vad som var vanligt vid tidigare experiment", säger HZB -forskaren Ashima Arora, första författaren till studien. Och det gav forskarna en oöverträffad detaljupplösning för att studera fenomenen. Bilderna av de magnetiska domänerna i legeringen som teamet skapade med hjälp av röntgenstrålar från BESSY II synkrotronstrålningskällan avslöjade fina egenskaper som själva bara var 30 nanometer stora.

Det avgörande inträffar i gränsringen

Resultaten av mätningarna visar att ett ringformat område bildas runt den lilla laserpunkten och separerar de två magnetiskt kontrasterande domänerna från varandra. Det nuvarande magnetiseringsmönstret inuti ringen raderas helt av laserljusets termiska energi. Utanför ringen, dock, den förblir i sitt ursprungliga tillstånd. Inom själva gränszonen, en temperaturfördelning uppstår som underlättar en förändring i magnetisering genom att förskjuta domängränserna. "Det är bara där som växlingen mellan magnetiska egenskaper kan fortsätta, tillåter en enhet att lagra omskrivbar data ", förklarar Arora.

Överraskande inflytande av skikttjockleken

"Dessa nya insikter hjälper till att utveckla optiskt styrda magnetiska lagringsenheter med bästa möjliga egenskaper, "enligt Kronast. En ytterligare effekt bidrar till att bättre förstå de fysiska processer som är viktiga i detta fenomen, som forskare vid HZB oväntat observerade för första gången. Hur magnetiseringarna växlar är mycket beroende av skikttjockleken hos det material som bestrålas av lasern. Den ändras över ett intervall på 10 till 20 nanometer tjocklek.

"Detta är en tydlig indikation på att två kontrasterande mekanismer är inblandade och konkurrerar med varandra", Kronast förklarar. Han och hans team misstänker två komplexa fysiska effekter för detta. För att bekräfta deras misstankar, fastän, ytterligare empiriska och teoretiska studier är nödvändiga.