Магнітна пам'ять майбутнього. Випромінювання Терагерцу для ультрафіолетового рерайтингу

Суперфастне управління магнітізацією матеріалів - це кутовий камінь сучасної фотоніки. У майбутньому такі технології можуть знайти додатки в оптичних комп'ютерах і терагерцових електромережах. В останні роки в цій області проведено низку успішних експериментів. Серед них зміна хребта в антиферомагнітах під впливом світла в декількох піосекундах, контроль коливань магнітних моментів антиферомагнітних протезів парою фемтосекундних лазерів, фазовий перехід від феромагнети до антиферомагнети під впливом світла для фемтосекундів та ін. Незважаючи на чудовий прогрес в цій галузі, в експериментах, більшість легкої енергії не безпосередньо бере участь у взаємодії світла з магнітізованим матеріалом. Це означає, що на практиці потрібні суттєві зусилля для виявлення енергії.

Команда голландських, німецьких та російських науковців Інституту загальної фізики російської академії наук Московського технологічного університету (МІП) та МРТ розробили набагато ефективніший та практичний спосіб ультра-швидкого контролю магнітізації матеріалу. замість видимого і інфрачервоного світла вони використовуються електромагнітні імпульси випромінювання терагерц. Таким чином, вчені пропонують використовувати для рерайтингу інформації в комп'ютерній пам'яті майбутнього не лазерних імпульсів, але Рентгенів.

Випромінювання Terahertz - це тип електромагнітного випромінювання, спектр частот якого знаходиться між інфрачервоними і ультрависокими частотними діапазонами з довжиною хвилі 1 до 0,1 мм. Рентгенів легко проходять через більшість діелектриків, але добре відображаються провідними матеріалами (металами) і поглинаються багатьма рідинами (вода).

Проведено експерименти з управління магнітізацією за допомогою терагерцових імпульсів, але залучено інші механізми взаємодії. Російські фізики запропонували концептуально новий універсальний механізм.

Справа в тому, що міцність і спрямованість магнітної анізотропії практично всіх матеріалів визначається парою орбітальних станів електронів з замовними станами хребта. Таким чином, ультракоротке імпульс електричного поля, що різко змінює орбітальні стани електронів, можуть призвести до різкої зміни магнітної анізотропії. Вчені збирали експериментальну настройку і протестували теорію, що зміна магнітної анізотропії призводить до коливань магнонів з великими амплітудами, які чотирикратно залежать від міцності поля терагерц.

Магнон - квазічастина, що відповідає елементарному збудження системи взаємодії хребтів. Така окрема частинка насправді не існує на власній, але за допомогою такої концепції значно спрощує опис процесу, який фактично відбувається на квантовому рівні.

У спектральному діапазоні терагерц, ця концепція (контрольована зміна магнітної анізотропії та магнітизації) може застосовуватися до будь-якого матеріалу, в якому відбуваються зміни електронних орбітацій, призводять до змін магнітної анізотропії. Наприклад, це різні оксиди з іонами 3d і 4f. Серед них є різноманітні ортофертити, марганити і бродати, а також різні сполуки з іонами 3d, такі як гематит α-Fe2O3.

До російсько-німецького експерименту аналогічні властивості терагерцового випромінювання залишалися значно недосвідченими.

У ілюстрації показано фундаментальну ідею. Для експерименту використовується антиферомагнет TmFeO3 - ортоферитний тулій. Цей матеріал кристалізується в деформованому перовскій структурі.



Експеримент показав, що балки T-променів дуже ефективно з точки зору енергоспоживання змінюють магнітні властивості іонів заліза та іонів мулію.



«Ми зробили важливий крок до терагерцевої електроніки: ми продемонстрували якісний новий підхід до контролю магнітизації за допомогою коротких імпульсів випромінювання терагерц.» На сьогоднішній день ми знаємо, що наша робота є першим прикладом такого використання T-rays, сказав Анатолій Звезддін з Московського фізико-технічного інституту в Долгопрудному.

Згідно з експертами, в оптичних комп’ютерах це терагерцове випромінювання, яке доцільно використовувати для надшвидкісної передачі інформації, запису інформації про магнітні засоби та ін. Крім того, промені можуть використовуватися для моніторингу функціонування живих клітин в режимі реального часу і різних інших цілей.

Анатолій Звезддін зазначив, що ці експерименти є продовженням тих досліджень, які радянські вчені провели в Московському державному університеті: У СРСР були навчені ортофарети групою Московського державного університету, і ми мали пріоритет у цій області. У сенсі наша робота є продовженням тих досліджень, які він сказав.

Опубліковано 3 жовтня 2016 р. в журналі Nature (doi: 10.1038/nphoton.2016.181).

https://www.slideshare.net/slideshow/embed_code/key/zb1G3n47I771nY

Джерело: geektimes.ru/post/281436/