Ett gemensamt forskningsprojekt av Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), universitetet i Siegen, Forschungszentrum Jülich, och Elettra Synchrotron Trieste har uppnått en ny milstolpe för ultrasnabb kontroll av magnetism. Det internationella teamet har arbetat med magnetiseringskonfigurationer som uppvisar kirala vridningar. Kiralitet är en symmetri som bryter, som inträffar, till exempel, i naturen i molekyler som är viktiga för livet. Chiralitet kallas också handness, eftersom händer är ett vardagligt exempel på två föremål som-arrangerade på ett spegelvänt sätt-inte kan läggas över varandra. Magnetiseringskonfigurationer med en fast kiralitet undersöks för närvarande intensivt på grund av deras fascinerande egenskaper som ökad stabilitet och effektiv manipulation med ström. Dessa magnetiska strukturer lovar således tillämpningar inom ultrahurtig kiral spintronik, till exempel vid ultrasnabb skrivning och kontroll av kirala topologiska magnetiska föremål som magnetiska skyrmions, d.v.s. speciellt vridna magnetiseringskonfigurationer med spännande egenskaper.

De nya insikterna publicerade i Naturkommunikation belysa den supersnabba dynamiken efter optisk excitation av kirala spinnstrukturer jämfört med kollinära spinnstrukturer. Enligt forskarnas resultat, den kirala ordningen återställs snabbare jämfört med den kollinära ordningen efter excitation av en infraröd laser.

Forskargruppen utförde röntgenspridningsförsök med liten vinkel på magnetiska tunnfilmsprover som stabiliserade kirala magnetiska konfigurationer vid den fria elektronlaser (FEL) anläggningen FERMI i Trieste i Italien. Anläggningen ger den unika möjligheten att studera magnetiseringsdynamiken med femtosekunders tidsupplösning genom att använda cirkulärt vänsterpolariserat eller högerpolariserat ljus. Resultaten indikerar en snabbare återhämtning av kiral ordning jämfört med kollinjär magnetisk ordningsdynamik, vilket innebär att vridningar är mer stabila än raka magnetiska konfigurationer.

Samarbete med ledande internationella partners som hörnstenen i framgångsrik forskning

"Vi har arbetat med detta experiment länge. Nu när vi vet att den extrasnabba dynamiken i kirala och kollinära spinnstrukturer skiljer sig åt, vi kan fokusera på att ta itu med beroende av ultrasnabb dynamik på materialegenskaper som Dzyaloshinskii-Moriya-interaktionen, en interaktion som kan leda till stabilisering av kirala spinnstrukturer, "säger Nico Kerber från Institute of Physics vid Mainz University, huvudförfattare till artikeln.

"Vi är särskilt tacksamma till våra italienska kollegor som utförde en del av experimentet under den första coronalåset i Europa. Dessa ytterligare skanningar var avgörande för vår studie och vi är glada att videosupport och inlämning av prover fungerade här. Men vi ser också fram emot att kunna utföra dessa experiment igen personligen tillsammans med våra kollegor på FERMI, "tillade professor Christian Gutt från University of Siegen, motsvarande författare till tidningen.

"Jag är mycket glad över att se nästa steg för att möjliggöra användning av kirala magnetiseringskonfigurationer i nya spintronic -enheter. Det internationella samarbetet med stora anläggningar som FERMI är avgörande för att möjliggöra sådant arbete. Samarbeten som detta är en hörnsten i vår forskarutbildning program och forskningscentra, "framhöll professor Mathias Kläui från JGU, handledare för den första författaren och direktören för projektet Dynamics and Topology (TopDyn). "Vi främjar dessa samarbeten med finansiering från Collaborative Research Center CRC/TRR 173 Spin+X, de två forskarutbildningarna Materialvetenskap i Mainz (MAINZ) och Max Planck Graduate Center med Johannes Gutenberg University Mainz (MPGC), och forskningsområdet TopDyn. "