Dysprosium är inte bara det atomära elementet med de starkaste magnetiska momenten, men den har också en annan intressant egenskap:dess magnetiska moment pekar antingen i samma riktning (ferromagnetism) eller lutar mot varandra, beroende på temperaturen. Detta gör det möjligt att inom ett enda prov undersöka hur olika orienterade magnetiska moment beter sig när de exciteras av en extern energipuls.

Fysikern Dr. Nele Thielemann-Kuehn och hennes kollegor har nu undersökt detta problem vid BESSY II. Röntgenkällan BESSY II är en av få anläggningar i världen som gör det möjligt att observera processer så snabbt som störningar av magnetisk ordning. Hon fann att den magnetiska orienteringen i antiferromagnetiskt dysprosium mycket lättare kan växlas med en kort laserpuls än i ferromagnetiskt dysprosium.

"Detta beror på att de magnetiska momenten på atomnivå är kopplade till vinkelmoment som ett gyroskop, " förklarar Thielemann-Kuehn. Att tippa ett roterande gyroskop kräver kraft eftersom dess vinkelmoment måste överföras till en annan kropp. "Albert Einstein och Wander Johannes de Haas visade i ett berömt experiment redan 1915 att när magnetiseringen av en upphängd järnstång förändras , stången börjar rotera eftersom vinkelmomentet för magneterna på atomnivå i den upphängda stången överförs till den som helhet. Om det magnetiska momentet på atomnivå redan pekar i olika riktningar initialt, deras vinkelmoment kan interagera med varandra och eliminera varandra, precis som om du skulle kombinera två gyroskop som roterar i motsatt riktning, " säger Dr Christian Schuessler-Langeheine, chef för gruppen.

Överföringen av rörelsemängd tar tid, fastän. Antiferromagnetisk ordning, för vilken denna överföring inte krävs, bör därför störas snabbare än ferromagnetisk ordning. Thielemann-Kuehn och hennes kollegor har nu lagt fram bevis på detta. Dessutom, teamet upptäckte också att energin som behövs i fallet med det antiferromagnetiska momentet är betydligt lägre än i fallet med ferromagnetisk ordning.

Från denna observation, forskarna har kunnat föreslå hur material skulle kunna utvecklas med en kombination av ferromagnetiska och antiferromagnetiskt justerade spinn som är lämpliga som magnetiska lagringsmedia och kan bytas med avsevärt lägre energiförbrukning än material tillverkat av konventionella magneter.

Studien publiceras i Fysisk granskning B .