Hastigheten att magnetisera ett material har upptäckts av ett internationellt team av forskare.

Forskarna från Lancaster University, University of California San Diego, Moscow Institute for Physics and Technology och Radboud University har belyst en av magnetismens mest spännande frågor:Hur snabbt kan magnetisering skapas i ett material?

Deras forskning publiceras i Nature Communications .

Forskarna tittade på den vanliga magnetiska legeringen av järn och rodium (FeRh) som uppvisar en övergång i både sin struktur och magnetism när den värms strax över rumstemperatur. Vid rumstemperatur har FeRh ingen nettomagnetisering på grund av sin antiferromagnetiska natur, men när det värms upp strax över rumstemperatur blir materialet en ferromagnet.

Forskarna fann att FeRh genomgår en övergång till sin ferromagnetiska fas i tre steg:

• excitationen av laserpulsen inducerar ett stort antal små magnetiska domäner i materialet
• magnetiseringen av alla domäner justeras längs en viss riktning
• de enskilda domänerna växer samman till en stor enskild domän där man kan säga att materialet har genomgått en övergång till sin ferromagnetiska fas

Kunskap om de olika inblandade stegen och deras motsvarande tidsskalor för att inducera en väldefinierad magnetisering med en ljuspuls ger möjligheten att använda FeRh i en nära framtida datalagringsteknik.

Till exempel kan FeRh användas som lagringsmedium i värmeassisterad magnetisk inspelning (HAMR), en teknik som använder både extern värme och lokala magnetfält för att lagra information med mycket högre bittäthet - små magnetiska områden där information lagras.

Fysikern Dr. Rajasekhar Medapalli från Lancaster University säger att "att förstå detaljerna i olika stadier som är involverade i den snabba uppkomsten av magnetisering i ett material hjälper forskare att utveckla ultrasnabb och energieffektiv magnetisk datalagringsteknik."

Forskningen involverade att använda intensiva ultrakorta laserpulser för att snabbt värma FeRh i en kort artificiell stimulans som bara varar i en kvadrilliondels sekund. Vid interaktion med materialet höjde laserpulsen temperaturen med några hundra grader Celsius vid tidsskalor kortare än en miljarddels sekund.

Länge har det varit ett fascinerande mål för forskare inom den kondenserade materiens fysik att använda denna ultrasnabba värme och kunna kontrollera den magnetiska fasövergången i FeRh men det har varit en utmaning att experimentellt upptäcka denna övergång.

För att övervinna utmaningen använde forskarna det faktum att tidsvarierande magnetisering producerar tidsvarierande elektriska fält i ett medium som borde fungera som strålningssändare. Den emitterade strålningen bär känslig information om dess ursprung, dvs. tidsvarierande magnetisering i provet.

Forskarna använde den nya dubbelpumpens tidsupplösta spektroskopiteknik som utvecklats vid Radboud University. De använde två laserpulser för dubbelpumpning:medan den första laserpulsen fungerar som ultrasnabb värmare, hjälper den andra till att generera elektriska fält. Genom att detektera detta fält vid flera tidsförlopp mellan de två laserpulserna kunde forskarna se hur snabbt magnetiseringen uppstår i materialet. + Utforska vidare

Quest för att leverera ultrasnabb och energieffektiv magnetisk inspelning tar steget närmare