Att göra en magnet av en bit järn och en spole eller tråd, eller en annan magnet, är ett enkelt experiment. Ett externt elektriskt eller magnetiskt fält kan över tiden rikta in grupper av atomer i järnet så att de tar på sig ett eget permanent magnetfält. En liknande accelererad process lagrar information på datorns hårddiskar. Ett speciellt fall av magnetism, känd som ferrimagnetism, skulle kunna möjliggöra ännu snabbare byte av magnetism, vilket leder till enorma förbättringar i hur datorer hanterar information.

Nu, en internationell forskargrupp, ledd av Osaka University fysiker, har gett ny insikt om hur sammansättningen av ferrimagnetiska material kan påverka deras interaktioner med ljus. De rapporterade nyligen sina fynd i Tillämpad fysik Express .

"Vi vet att laserpulser kan vända magnetiseringen i vissa ferrimagnetiska legeringar, men ljus påverkar även andra egenskaper hos materialet, " säger medförfattaren Hidenori Fujiwara. "För att lära dig mer om interaktionerna mellan magnetism och ljus, vi studerade spindynamiken hos ferrimagnetiska tunna filmer som innehåller olika proportioner av gadolinium."

Ferrimagnetiska material kan ses som en blandning av elektroner som snurrar på olika platser i materialet. Vissa av snurren kan ta bort varandra, men en viss restmagnetisering kommer att finnas kvar. Att avfyra en ultrasnabb laserpuls mot materialet kan vända snurrriktningen helt, vända magnetismen, eller kan störa snurrarna, orsakar en sorts vinkling som kallas spinprecession. Vilken typ av beteende som visas beror starkt på materialets temperatur och sammansättning.

Forskarna använde en avancerad synkrotronmätningsuppsättning som utvecklats i sina tidigare studier för att visa att en lätt variation av sammansättningen av en legering dramatiskt förändrade dess respons på laserpulsen. Något mer gadolinium i filmerna ledde till vändning av magnetsnurret; något mindre ledde till spinprecession vid rumstemperatur.

Forskarnas inställning kunde också visualisera den vågliknande karaktären hos spinprecessionen under några nanosekunder efter laserpulsen. De visade att precisionsvinkeln, eller vinkeln på spinnwobblingen, var den största rapporterade hittills.

"Det här är komplexa system med många olika interagerande egenskaper, men vi har tagit fram några tydliga samband mellan sammansättningen av en ferrimagnetisk legering och dess magnetiska interaktioner med ljus, " säger medförfattaren Akira Sekiyama. "Att förstå dessa beteenden är viktigt ur en grundläggande fysiksynpunkt, och väsentligt för att tillämpa dessa materialsystem i avancerade elektroniska enheter."