Prestandan hos magnetiska lagrings- och minnesenheter beror på magnetiseringsdynamiken hos magnetiska element i nanometerskala som kallas nanomagneter. Forskare vid UC Santa Cruz har utvecklat en ny optisk teknik som möjliggör effektiv analys av enskilda nanomagneter så små som 75 nanometer i diameter, gör det möjligt för dem att extrahera viktig information för att optimera enhetens prestanda.

"Det är en mycket effektivare metod för att få kritiska enhetsparametrar för magnetminne och andra applikationer, säger elektroingenjören Holger Schmidt, Kapany professor i optoelektronik vid UC Santa Cruz.

Schmidt och första författaren Wei-Gang Yang, en postdoktor i sitt labb, rapporterade sina resultat i en tidning publicerad i Bokstäver i tillämpad fysik som omslagsartikel i 26 maj -numret.

Den traditionella optiska tekniken Schmidts labb har använt för att studera dessa material använder en kort laserpuls för att slå ut nanomagneten ur dess jämviktstillstånd, vilket gör att forskare kan extrahera information om magnetens egenskaper när den återgår till sitt normala tillstånd. Med mindre nanomagneter, dock, detta tillvägagångssätt blir mycket ineffektivt eftersom den optiska signalen reduceras och blir svårare att ta upp.

I det nya tillvägagångssättet, istället för att direkt excitera nanomagneten, laserpulsen lyser på en rad små staplar som bildar ett galler, får dem att vibrera och generera vågor i materialet som kallas akustiska ytvågor. Genom att designa galler med böjda stänger, Yang och Schmidt kunde fokusera vågornas vibrationsenergi för att konvergera på platsen för nanomagneten. De akustiska ytvågorna driver magnetiska oscillationer i nanomagneten med samma frekvens som vågorna.

"Med samma laserkraft, vi kan nu få tio gånger mer signal, gör att vi kan se mycket mindre nanomagneter, " sa Schmidt. "Vi kunde gå ner till 75 nanometer, vilket är mycket mer relevant för omfattningen av nanomagneter som används i enheter."

Forskarna utvecklade också en gitterdesign som genererar vågor i fyra olika riktningar och vid olika frekvenser från en enda optisk puls, gör det möjligt för dem att excitera magnetiseringsdynamiken hos fyra individuella nanomagneter vid olika frekvenser, allt från 7 till 10 gigahertz. Nanomagnetiska oscillatorer är viktiga komponenter i många framväxande "spintroniska" teknologier.

"Detta är ett intressant sätt att få igång dessa mikrovågssvängningar, och det är något vi skulle vilja fortsätta, " sa Schmidt.