Forskare runt om i världen letar ständigt efter sätt att förbättra eller överträffa kapaciteten hos elektroniska enheter, som verkar nå sina teoretiska gränser. Otvivelaktigt, en av de viktigaste fördelarna med elektronisk teknik är dess hastighet, som, om än högt, kan fortfarande överträffas av storleksordningar genom andra tillvägagångssätt som ännu inte är kommersiellt tillgängliga.

Ett möjligt sätt att överträffa traditionell elektronik är att använda antiferromagnetiska (AFM) material. Elektronerna i AFM-material inriktar sig spontant på ett sådant sätt att den totala magnetiseringen av materialet är praktiskt taget noll. Faktiskt, ordningen för ett AFM-material kan kvantifieras i vad som kallas "orderparametern". Nyligen genomförda studier har till och med visat att AFM orderparametern kan "växlas" (det vill säga ändrats från ett känt värde till ett annat, riktigt snabbt) med ljus eller elektriska strömmar, vilket innebär att AFM-material kan bli byggstenarna i framtida elektroniska enheter.

Dock, dynamiken i orderväxlingsprocessen förstås inte eftersom det är mycket svårt att mäta förändringarna i AFM orderparametern i realtid med hög upplösning. Nuvarande tillvägagångssätt förlitar sig på att endast mäta vissa fenomen under AFM-orderbyte och försöka få hela bilden därifrån, vilket har visat sig vara opålitligt för att i detalj förstå andra mer invecklade fenomen. Därför, en forskargrupp ledd av Prof. Takuya Satoh från Tokyo Tech och forskare från ETH Zürich, utvecklat en metod för att noggrant mäta förändringarna i AFM-ordningen för en YMnO ₃ kristall inducerad genom optisk excitation (dvs. med hjälp av laser).

Det huvudsakliga problemet som forskarna tog upp var den påstådda "praktiska omöjligheten" att skilja mellan elektrondynamik och förändringar i AFM-ordningen i realtid, som båda induceras samtidigt när materialet exciteras för att framkalla byte av orderparameter och vid mätningar. De använde en ljusbaserad mätmetod som kallas "andra harmonisk generation", ' vars utdatavärde är direkt relaterat till AFM orderparametern, och kombinerade det med mätningar av ett annat ljusbaserat fenomen som kallas Faraday-effekten. Denna effekt uppstår när en viss typ av ljus eller laser bestrålas på magnetiskt ordnade material; i fallet med YMnO ₃ , denna effekt ändrar dess AFM-ordningsparameter på ett förutsägbart och välförstått sätt. Detta var nyckeln till deras tillvägagångssätt så att de kunde separera ursprunget och naturen för flera samtidiga kvantfenomen som påverkade mätningarna av båda metoderna på olika sätt.

Genom att kombinera dessa två olika mätmetoder, forskarna lyckades helt karakterisera förändringarna i AFM orderparametern i realtid med ultrasnabb upplösning. "Det föreslagna allmänna tillvägagångssättet tillåter oss att få tillgång till orderparameterdynamik vid tidsskalor på mindre än en biljondels sekund, " konstaterar Prof. Satoh. Det tillvägagångssätt som presenteras är avgörande för att bättre förstå antiferromagnetiska materials inre funktion. "Precis och grundlig spårning av variationerna i ordningsparametern är oumbärlig för att förstå den komplexa dynamiken som uppstår under ultrasnabb omkoppling och andra AFM-relaterade fenomen , " förklarar Prof. Satoh. Verktyget som forskarna tillhandahåller bör nu utnyttjas för att utföra mer forskning och förhoppningsvis åstadkomma utvecklingen av revolutionerande elektroniska enheter med oöverträffade hastigheter.