Institutionen för fysik och astronomi

Forskning: Magnetiska fasövergångar blir ännu snabbare

2018-04-16

Uppsalaforskaren Peter Oppeneer vid institutionen för fysik och astronomi har tillsammans med forskare från University of Colorado Boulder, USA, visat på en snabbare magnetisk fasövergång än man tidigare har kunnat observera.

En magnetisk fasövergång innebär att den magnetiska ordningen i ett material ändrar sig och till exempel övergår från ett ordnat magnetiskt tillstånd till ett icke-magnetiskt när temperaturen förändras långsamt och hela materialet anpassar sig till den nya temperaturen.

Hur snabbt en magnetisk fasövergång kan ske är fortfarande okänt, men resultaten från studien som publicerades i den välrenommerade tidskriften Science Advances den 2 mars 2018 visar på den snabbaste magnetiska fasövergång man hittills har kunnat observera.

Det forskarna kommit fram till i studien är att fasövergången från ett magnetiskt till ett icke-magnetiskt tillstånd i nickel är möjlig inom 20 femtosekunder (10-15 s) utan att samtliga av materialets beståndsdelar, såsom elektronen, atomen och det magnetiska momenten har samma temperatur.

Forskarna använde sig av ultrakorta ljusblixtar för tidsupplösta mätningar med två spektroskopimetoder; fotoemissionsspektroskopi för att mäta elektronens tillstånd och magnetooptisk spektroskopi för att mäta det magnetiska tillståndet i nickel. Tillsammans gav de båda spektroskopimetoderna en komplett bild av förändringarna i elektronens struktur och i det magnetiska momentet som visade på att samma kritiska värden i materialets värmekapacitet som beskriver materialets beteende i termisk jämvikt överraskande nog även gäller då materialet är långt ifrån jämviktsläge.

Forskningen är ren grundforskning men upptäckten kan bana väg för nya, snabbare sätt att switcha magnetiska faser som kan leda till snabbare optiska element i framtiden.

Artikelreferens

Critical behavior within 20 fs drives the out-of-equilibrium laser-induced magnetic phase transition in nickel, P. Tengdin et al., Science Advances 4, eaap9744 (2018)

Camilla Thulin

Fler Nyheter