Zoek in de site...

Onderzoekers veranderen eigenschappen van antiferromagneet met Terahertz-straling

Datum bericht: 23 december 2021

Onderzoekers van de Radboud Universiteit zijn er in geslaagd om met korte lichtflitsen de magnetische eigenschappen van een materiaal te veranderen. Dit biedt mogelijkheden om magnetische dataopslag energiezuiniger en sneller te maken. Het onderzoek wordt op 23 december gepubliceerd in Science.

Antiferromagneten

In 2017 slaagden Radboud-onderzoekers er al in om magneten snel en energiezuinig om te laten polen door middel van laserlicht. In hun zoektocht naar nóg snellere en energiezuinigere dataopslag kwamen de onderzoekers nu uit bij antiferromagneten. Het schrijven van data kan daarmee in theorie 1000x sneller.

‘Elektronen draaien om hun as en dat maakt het elektron magnetisch. Dat magnetische moment noemen we spin. Tot voor kort snapten we alleen niet hoe we deze spins in antiferromagneten kunnen controleren’, vertelt Alexey Kimel, hoogleraar Ultrafast Spectroscopy of Correlated Materials aan de Radboud Universiteit.

‘In een gewone magneet staan alle spins namelijk dezelfde kant op, bijvoorbeeld allemaal met de noordpool naar boven. Al die spins samen creëren een sterk magnetisch veld. Met magnetisch veld van een elektromagneet zijn de spins als het ware te schakelen, zodat je bits kunt schrijven. Maar in antiferromagneten staan de spins in tegengestelde richtingen, en creëren daardoor geen magnetisch veld. We kunnen het magnetisch veld dus niet gebruiken om spins te controleren, zoals bij gewone magneten wel kan.’

Schakelen met licht

De onderzoekers hoopten de spins in een antiferromagneet te kunnen schakelen met behulp van Terahertz straling, straling op een frequentie van 10-12 hertz. ‘Daar kwam een verrassend resultaat uit. ‘Het schakelen van spins is niet gelukt’, vertelt Alexey Kimel. ‘Maar we zagen tot onze verbazing wél dat we met deze Terahertz straling de eigenschappen van de antiferromagneet kunnen veranderen: het wordt praktisch een ander materiaal en wat vooral interessant is: er treedt wél een magnetisch veld op.’

Spin- rooster koppeling

In een vaste stof zijn atomen veelal gerangschikt in een vast patroon, een rooster. Spins interacteren met deze trillende atomen. Dit wordt de spin-rooster koppeling genoemd. Hierdoor wordt de oriëntatie van de spins minder stabiel.

Een sterke koppeling tussen spins en het rooster is gunstig voor het schrijven van een bit, maar ongunstig voor het opslaan van de data. ‘Je wilt de interactie tussen spins en het rooster dus aan en uit kunnen zetten, “ legt Alexey Kimel uit. ‘En dat is nu gelukt: onder invloed van Terahertz-straling kunnen we spins aan het rooster koppelen. In een materiaal waarin de interactie tussen het rooster en spins in principe zwak is, kunnen we het nu voor een korte periode sterk maken.’

‘Daarmee hebben we één van de uitdagingen in de ontwikkeling van technologie voor snellere en zuinigere dataopslag opgelost. Met behulp van deze ontdekking kunnen wij hopelijk binnenkort leren om informatie op een antiferromagneet op te slaan, ultrasnel en energiezuinig.’

kimel_picture

Afbeelding: Artistieke weergave van de spin-rooster koppeling met behulp van een puls van THz-straling

Publicatie

Meer weten