Orsaken till ultrasnabb avmagnetisering avslöjad

29 januari 2013

Informationen på moderna hårddisk lagras i form av magnetiska ”bits”, små areor som har viss magnetisk riktning och läses digitalt som 0 eller 1. Forskare har nyligen upptäckt att magnetismen i en ”bit” kan raderas optiskt genom ultrasnabba laserpulser, men den grundläggande förståelsen av denna process har inte funnits. Uppsalafysiker visar nu orsaken till avmagnetiseringen i tidskriften Nature Materials.

Utveckling av framtidens hårddiskteknologi kräver att hastigheten för att skriva magnetisk information ökas till max. Sista åren har det visat sig att excitation med ultrakorta laserpulser (10-15 s pulslängd, s k femtosekund), kan användas för att förändra magnetiseringsriktning i en “bit” inom några hundra femtosekunder. Detta innebär att magnetisk lagring på hårddisken kan komma att gå minst tusen gånger snabbare i framtiden än i dag.

I ett internationellt samarbete har nu tre fysiker från Uppsala universitet; Marco Battiato, Pablo Maldonado och Peter Oppeneer, tillsammans med fysiker från Röntgenljuskällan BESSY i Berlin, Tyskland, avslöjat vad den grundläggande mekanismen är som ger upphov till ultrasnabb avmagnetisering. Forskarna använde ultrakorta, briljanta röntgenblixtar, som har pulslängden av några femtosekunder för att detektera hur spinnmomentet förändras på mycket korta tidsskalor. De undersökte två olika material; ett rent ferromagnetiskt material, nickel, och samma ferromagnet men täckt med ett tjockt guld skikt. I sista materialet skulle ingen ultrasnabb avmagnetisering ske efter laserpulsexcitation, eftersom guld absorberar allt laserljus. Men experimentet visade att magnetiseringen förändrar sig med samma hastighet i bägge materialen. Förklaringen är att laserpulsen skapar mängder av exciterade elektroner i guldskiktet som bildar en ström av heta, icke-jämviktselektroner. De transporteras supersnabbt genom materialet och raderar spinnmomentet i nickel genom icke-elastiska spridningsprocesser.

Artikelreferens:
“Ultrafast spin transport as key to femtosecond demagnetization”
A. Eschenlohr1,*, M. Battiato2,*, P. Maldonado2, N. Pontius1, T. Kachel1, K. Holldack1, R. Mitzner1, A. Föhlisch1, P. M. Oppeneer2, C. Stamm1,+
http://dx.doi.org/10.1038/NMAT3546