Tohoku-universitetets forskare har utvecklat en beräkningssimulering som visar att användning av ultrasnabba laserpulser för att excitera elektroner i ett magnetiskt material omvandlar dem till ett övergående icke-magnetiskt tillstånd. Detta kan minska tiden för manipulering av ett materials magnetism, förbättra magnetisk lagring och informationsteknik.

Förvara bitar, eller binära siffror, information i magnetiska minnesenheter kräver förmågan att vända magnetismen i ett material mellan ferromagnetisk och antiferromagnetisk. I ferromagnetiskt tillstånd, elektronen snurrar i materialet inriktas parallellt med varandra och snurrar i samma riktning, gör dem och materialet magnetiskt. I det antiferromagnetiska tillståndet, elektronspinnarna ligger parallellt med varandra men närliggande elektroner snurrar i motsatta riktningar, avbryta varandras effekter och göra dem och materialet i vilket de existerar praktiskt taget icke-magnetiska.

Snabb minneslagring kräver snabb centrifugering. Forskare har studerat sätt att kontrollera det med hjälp av ultrasnabba lasrar för att få ännu snabbare minneslagring. Ju kortare laserpuls, desto snabbare blir vändningen.

Tohoku -universitetets fysiker Atsushi Ono och Sumio Ishihara utvecklade ett beräkningssätt för att modellera hur elektroner och deras snurr interagerar med varandra och reagerar på laserljus.

De fann att exponering av elektroner i ferromagnetiska material för ett kontinuerligt laserljus gör dem upphetsade, orsakar elektroninteraktioner som leder till ett antiferromagnetiskt tillstånd. Att applicera ultrasnabba ljuspulser leder också till att byta från ferromagnetism till övergående antiferromagnetism, följt av återhämtning av ferromagnetism. När forskarna applicerade en ultrasnabb laserpuls följt av ett kontinuerligt laserljus, elektronerna manipulerades till ett antiferromagnetiskt tillstånd som sedan upprätthölls av det kontinuerliga ljuset. Att ta bort det kontinuerliga ljuset orsakade att det antiferromagnetiska tillståndet gradvis försvann.

Förstå dessa interaktioner, liksom de grundläggande gränserna för spinnomvändning, är nödvändig för framtida utveckling av magnetiska minnesenheter. Nästa steg kommer att kräva fysiska experiment för att testa modellens förutsägelser.

"Experimentella bekräftelser är oumbärliga för att upprätta detta förslag, "forskarna skriver i sin studie, som publicerades i tidningen Fysiska granskningsbrev . Ono och Ishihara föreslår perovskit manganiter och lager manganiter som möjliga material för att testa deras modell. De föreslår också en mängd olika tekniker, såsom magnetisk röntgendiffraktion och fotoemissionsspektroskopi, för att observera det övergående antiferromagnetiska tillståndet.