Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.

Исследование поможет создавать новые системы обработки и хранения информации на основе магнитных материалов. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в журнале Science Advances, кратко о полученных результатах рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Действуя на материал лазерами с фемтосекундными (одна квадриллионная секунды) импульсами, можно добиться его нагрева до значительных температур. В магнитных металлах, широко используемых в современной электронике, такой нагрев приводит к очень быстрым изменениям магнитного порядка, то есть упорядочения магнитных атомов материала. Это свойство можно использовать для сверхбыстрого управления намагниченностью, в том числе для создания новых высокоскоростных систем обработки информации. В магнитных диэлектриках лазерный нагрев намного слабее и намагниченность изменяется достаточно медленно, поэтому долгое время такие материалы не рассматривались в перспективе сверхбыстрого управления.

Ученые Физико-технического института (ФТИ) имени А.Ф. Иоффе РАН совместно с зарубежными коллегами нашли новый способ изменять намагниченность магнитных диэлектриков с высокой скоростью и при сверхбыстром лазерном воздействии.

В качестве объекта исследований физики выбрали диэлектрик оксид иттрия и железа (YIG), который пользуется популярностью в качестве модели для исследований и применяется в электронике. Ученые ФТИ синтезировали пленку YIG и затем измерили в ней сверхбыстрые изменения намагниченности на лазерной фемтосекундной установке. Чтобы вызвать изменение намагниченности, образец облучали сверхкороткими терагерцовыми лазерными импульсами. Для регистрации изменений намагниченности через образец пропускали второй лазерный луч видимого диапазона длин волн. Поляризация прошедшего через образец луча изменялась, что позволяло ученым сделать вывод и об изменении намагниченности материала, а также определить причины этого явления.

Ученые проследили, как созданное терагерцовыми импульсами возмущение из кристаллической решетки передается спиновой подсистеме, тем самым изменяя ориентацию магнитных моментов отдельных атомов материала. Оказалось, что это явление происходит за одну пикосекунду (триллионная доля секунды). Это время оказалось в 100 раз короче, чем то, которое рассчитали ученые, исходя из существующих моделей. Для объяснения этого экспериментального наблюдения ученые разработали новую теоретическую модель, которая показала, что сверхкороткие терагерцовые импульсы вызывают такие колебания кристаллической решетки YIG, которые меняют взаимодействия между магнитными атомами, приводя к изменению их взаимной ориентации, что и вызывает изменение намагниченности.

"Наши экспериментальные и теоретические результаты не только пролили свет на микроскопический механизм отклика намагниченности диэлектрика на лазерное возбуждение, но и показали, что в таких материалах возможна сверхбыстрая магнитная динамика. Это открывает интересные возможности для реализации новых механизмов управления магнитными материалами и структурами", - говорит один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник ФТИ имени А.Ф. Иоффе Роман Писарев.

Источники

Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды
Полит.ру, 24/09/2018
Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды
Newstes.ru, 24/09/2018
Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды
Russia.ink (russia.ink), 24/09/2018
Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды
Russia.ink (russia.ink), 24/09/2018
Намагниченность диэлектрика изменили за триллионную долю секунды
Nanonewsnet.ru, 24/09/2018
Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды
Forexluks (forexluks.ru), 24/09/2018
Физики изменили намагниченность диэлектрика за пикосекунду
Новости@Rambler.ru, 24/09/2018
Физики изменили намагниченность диэлектрика за пикосекунду
Газета.Ru, 24/09/2018
Намагниченность диэлектрика изменили за триллионную долю секунды
Индикатор (indicator.ru), 24/09/2018
Намагниченность диэлектрика изменили за триллионную долю секунды
Новости@Rambler.ru, 24/09/2018
Физики изменили намагниченность диэлектрика за пикосекунду
Margust (gazeta-margust.ru), 24/09/2018
Магнитные диэлектрики оказались в сто раз быстрее, чем считалось ранее
Чердак (chrdk.ru), 01/10/2018

Похожие новости

  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    307
  • 15/01/2018

    Российские ученые выяснили, как способ обработки полипропилена влияет на механические свойства конечного изделия

    ​Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ, выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия.
    565
  • 18/08/2017

    Российские и французские ученые разработали уникальный детектор нейтронов

    ​Ученые из Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из Орсе (Франция) разработали уникальный детектор нейтронов и с его помощью определили вероятность радиоактивного (нейтронного) распада атомных ядер легких химических элементов.
    678
  • 15/12/2017

    Российские ученые исследовали взаимодействия одиночных импульсов

    ​Российские ученые изучили поведение одиночных импульсов волн - однократных возмущений, распространяющихся в пространстве или в среде, - при их столкновении в нелинейных средах. Результаты работы ученых из России и Швеции опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
    769
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    310
  • 09/01/2018

    Геофизики исследовали космические хоры в радиационном поясе Земли

    ​Ученые из Полярного геофизического института исследуют низкочастотные сигналы, которые способны влиять на радиационный пояс Земли. Прогноз поведения пояса позволит минимизировать вред от космической радиации для спутников и космонавтов.
    608
  • 04/10/2018

    Физики впервые получили спиновый ток при помощи лазера

    Исследователи из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН в сотрудничестве с зарубежными коллегами впервые показали, что с помощью сверхкоротких лазерных импульсов можно генерировать гигагерцовый спиновый ток.
    388
  • 28/09/2018

    Физики обнаружили новый механизм генерации звука в жидкой комплексной плазме

    ​Физики из МГТУ имени Н.Э. Баумана совместно с российскими и зарубежными коллегами впервые исследовали термоакустическую неустойчивость, приводящую к генерации звука в жидкой комплексной плазме. Результаты показывают, что это новая неустойчивость в комплексной плазме, и аналогичные неустойчивости могут существовать во многих открытых и химически реактивных системах.
    205
  • 10/09/2018

    Ученые реконструировали 3D-модель еды по двумерному изображению ее структуры

    ​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него.
    270
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    112