Сверхбыстрые световые импульсы позволяют эффективно управлять спинами в магнитах

Экспериментальная установка, демонстрирующая зеркала для направления и фокусировки сверхкоротких световых импульсов на магнит. Автор: Ланкастерский университет.

Международная группа исследователей под руководством Ланкастерского университета обнаружила высокоэффективный механизм «встряхивания» магнитов с помощью сверхкоротких световых импульсов, длящихся менее триллионной доли секунды. Их исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Открытие новых фундаментальных свойств и явлений в магнитных материалах имеет ключевое значение для создания более быстрых и энергоэффективных устройств.

Используя сверхкороткий электромагнитный импульс для воздействия на намагниченность, учёные исследовали его влияние на угол отклонения намагниченности в двух схожих магнитных материалах с разными электронными орбиталями. Проанализировав магнитное состояние после воздействия, они обнаружили, что взаимодействие между орбитальным движением и вращением (спином) позволяет световому импульсу вызывать отклонение спина, в десять раз большее, чем без такого взаимодействия.

«Мы считаем, что это захватывающее открытие стимулирует дальнейшие исследования механизмов, управляющих эффективным и быстрым контролем намагниченности для будущих квантовых технологий», — заявил старший автор работы, доктор Ростислав Михайловский.

Магнитные материалы остаются важной частью нашей повседневной жизни: от магнитов на холодильнике до компасов и магнитометров в смартфонах и компьютерах. Крупные дата-центры полагаются на магнитные материалы как на носители информации, где биты данных (то есть «0» или «1») кодируются направлением намагниченности («вверх» или «вниз»).

В простейшей модели магнетизм возникает из-за того, что электроны, вращающиеся вокруг атомного ядра (подобно планетам вокруг Солнца), также обладают собственным вращением — спином. Именно спин делает электрон элементарным магнитом. Симметрия орбитального движения электронов определяет направление их спинов, которые можно представить как маленькие стрелки компаса, указывающие на «север» или «юг».

В материалах электроны взаимодействуют друг с другом, что определяет направление намагниченности и её чувствительность к внешним воздействиям. Новое исследование показывает, что, используя сверхбыстрые световые импульсы для модификации электронных орбиталей, можно с неожиданно высокой эффективностью управлять спинами и, следовательно, самой намагниченностью.

Больше информации: R. A. Leenders et al, THz-Driven Spin Dynamics in Orthoferrites with Kramers and Non-Kramers Rare-Earth Ions, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/ldnx-67qz

Источник: Lancaster University