Fysiker har upptäckt ett mycket snabbare tillvägagångssätt för att skapa ett mönster av snurr i en magnet. Denna genväg öppnar ett nytt kapitel i topologiforskning. Denna upptäckt erbjuder också en ytterligare metod för att uppnå effektivare magnetisk datalagring. Forskningen publiceras den 5 oktober i Naturmaterial .

Fysiker har tidigare visat att laserljus kan skapa ett mönster av magnetiska snurr. Nu har de upptäckt en ny rutt som gör att detta kan göras mycket snabbare, på mindre än 300 pikosekunder (en pikosekund är en miljondels miljondels sekund). Detta är mycket snabbare än man tidigare trodde var möjligt.

Användbar för datalagring:skyrmions

Magneter består av många små magneter, som kallas spins. I vanliga fall, alla snurr pekar åt samma håll, som bestämmer magnetens nord- och sydpol. Men riktningarna för snurrarna tillsammans bildar ibland virvelliknande konfigurationer som kallas skyrmioner.

"Dessa skyrmioner i magneter skulle kunna användas som en ny typ av datalagring, " förklarar Johan Mentink, fysiker vid Radboud universitet. Under ett antal år, Radboud-forskare har letat efter optimala sätt att kontrollera magnetism med laserljus och i slutändan använda det för effektivare datalagring. I denna teknik, mycket korta ljuspulser avfyras mot ett magnetiskt material. Detta vänder de magnetiska spinn i materialet, som ändras lite från 0 till 1.

"När de magnetiska snurren tar den virvelliknande formen av en skyrmion, denna konfiguration är svår att radera, säger Mentink. Dessutom, dessa skyrmioner är bara några få nanometer (en miljarddels meter) stora, så du kan lagra mycket data på ett mycket litet material."

Genväg

Fasövergången mellan dessa två tillstånd i en magnet – alla spinn som pekar i en riktning mot en skyrmion – är jämförbar med en väg över ett högt berg. Forskarna har upptäckt att man kan ta en genväg genom berget genom att värma upp materialet väldigt snabbt med en laserpuls. Vari, tröskeln för fasövergången blir lägre under en mycket kort tid.

En anmärkningsvärd aspekt av detta nya tillvägagångssätt är att materialet först förs in i ett mycket kaotiskt tillstånd, där topologin – vilket kan ses som antalet skyrmioner i materialet – fluktuerar starkt. Forskarna upptäckte detta tillvägagångssätt genom att kombinera röntgenstrålar genererade av den europeiska frielektronlasern i Hamburg med extremt avancerad elektronmikroskopi och spindynamiksimuleringar. "Denna forskning innebar därför en enorm laginsats, " säger Mentink.

Nya möjligheter

Denna grundläggande upptäckt har öppnat ett nytt kapitel i topologiforskning. Mentink förväntar sig att många fler forskare nu kommer att börja leta efter liknande sätt att "ta en genväg genom berget" i andra material.

Denna upptäckt möjliggör också nya metoder för att skapa snabbare och effektivare datalagring. Det finns ett ökande behov av detta, till exempel på grund av den gigantiska, energislukande datacenter som krävs för massiv datalagring i molnet. Magnetiska skyrmioner kan ge en lösning på detta problem. Eftersom de är väldigt små och kan skapas mycket snabbt med ljus, mycket information kan potentiellt lagras mycket snabbt och effektivt på en liten yta.