Laserstyrning och mätning av magnetism i legeringar på atomnivå

2024-01-19

Forskare från Uppsala universitet har i ett internationellt samarbete utvecklat nya metoder för att styra och mäta magnetism i legeringar på atomnivå.

Laserkontroll och detektion av magnetism i magnetiska. Bild: Steven Burrows/M Murnane JILA/Boulder.

Magnetism i fasta material uppstår genom att elektronernas spinn pekar i samma riktning. Vid datalagring använder man sig idag ofta av magnetism medans överföring av data i fiberoptiska kablar utnyttjar optisk laser.

I den nya studien vill man undersöka hur man kan använda laser för att direkt påverka magnetism genom att styra elektroners spinn. Forskarna har utvecklat nya metoder för att styra spinnet med optisk laser och efter några femtosekunder (10-15) analysera spinnet med hjälp av en ultraviolett laser med atomär upplösning.

I studien har de undersökt en Heuslerlegering bestående av de magnetiska elementen mangan och kobolt samt gallium. I och med att materialet består av flera magnetiska element har man möjlighet att studera både hur magnetiseringen för hela materialet kan påverkas och hur spinn överförs mellan olika element i materialet.

När materialet har bestrålats med korta laserpulser i UV-området har man kunnat uppmäta en våglängdsberoende förändring i polarisation på det reflekterade ljuset. Forskarna har kunnat visa att förändringen i polarisation beror på förändringen i magnetism hos de ingående elementen i materialet. Detta har möjliggjorts med hjälp av nya simulerings- och mätmetoder.

– Med hjälp av de nya metoderna har vi inte bara simulerat det fysikaliska förloppet i materialet, utan även den signal som mäts i experimenten, säger universitetslektor Oscar Grånäs, som tillsammans med doktoranden Mohamed Elhanoty utvecklat simuleringsmetoderna.

Resultaten visar på att det är möjligt att både styra och observera magnetism i detalj på atomnivå, på de tidsskalor där lasern direkt verkar på materialet. De nya mät- och simuleringsmetoderna kan framöver användas för att förstå hur spinn påverkas av laser i andra magnetiska grundämnen och legeringar för framtida mikroelektronik.

Läs mer

Engelsk pressrelease på JILA

Artikelreferens

Senast uppdaterad: 2023-08-04