Команда физиков во главе со специалистами из университета Неймегена обнаружила, что менять местами полюса магнита можно и без нагревания или использования внешнего магнитного поля. Учёные выяснили, что мощный световой импульс может иметь прямое влияние на так называемое обменное взаимодействие — таким образом и обеспечивается управление магнетизмом.
О своём эксперименте и выводах из него учёные рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Впервые эксперимент по изменению магнитных полюсов посредством воздействия коротких импульсов лазерного света физики провели в 2007 году. До того момента считалось, что свет имеет недостаточно сильное воздействие, чтобы разрушить мощное магнитное взаимодействие. Теперь же учёные доказали, что существует методика воздействия света на магнитные полюса, и она подразумевает задействование квантовых сил.
Авторы нового исследования показали, что свет может возбуждать электроны, которые, в свою очередь, могут непосредственно влиять на силу обменного взаимодействия и, следовательно, изменять намагниченность полюсов.
В отличие от предыдущих экспериментов, в данном случае главную роль играло не тепло от локального воздействия лазера, а сам световой импульс. Это означает, что новая методика может быть использована для хранения магнитных данных и что она крайне энергоэффективна.
"Мы проводили наши эксперименты на оксидах железа включая гематиты. Кристаллическая структура гематита представляет собой идеальную систему для изучения этих механизмов, поскольку ионы железа отделены от ионов кислорода в кристаллической решетке. Тем не менее, обменное взаимодействие происходит именно между ионами железа, поскольку электроны взаимодействуют через ионы кислорода. Возбуждая электроны в кислороде импульсами света, мы получаем возможность манипулировать обменным взаимодействием между спинами в железе и, соответственно, изменять полярность", — рассказывает ведущий автор исследования Алексей Кимель (Alexey Kimel).
Как поясняют исследователи, переключение магнитных полюсов без использования тепла открывает новые возможности в области магнитного хранения данных. В современных центрах обработки данных в настоящее время выпускается огромное количество излишнего тепла и поиск соответствующей системы охлаждения является одной из главных проблем сегодняшних технологий.
"Если мы научимся хранить информацию с использованием нашей новой методики, то вся технология сохранения больших объёмов данных станет значительно дешевле", — поясняет Кимель.
Исследователи также разработали магнитометр для измерения сверхбыстрых изменений, индуцируемых в магните. Они используют свободно распространяющееся электромагнитное излучение в терагерцовом диапазоне частот, которое испускается спинами магнита. Измеряя изменения в этом излучении, можно измерить и воздействие света на магнетизм.
"Наш новый магнитометр производит измерения в фемтосекундном масштабе", — говорит соавтор исследования Ростислав Михайловский (Rostislav Mikhaylovskiy).
Исследователи будут проводить дальнейшие исследования в своей области в новой лазерной лаборатории FELIX в университете Неймегена. Новые сверхмощные возможности этих установок помогут учёным оптимизировать свою технологию и отработать методику переключения магнитных полюсов световыми импульсами.
