Laserpulsen verleggen de grenzen van spintronica en magnonica
De opkomst van het digitale informatietijdperk bracht de grote uitdaging met zich mee om steeds snellere en kleinere apparaten voor dataopslag en -verwerking te ontwikkelen. Een benadering die uitgaat van het magnetische moment van elektronen (ook wel de spin genoemd) in plaats van de lading, is recent uitgegroeid tot twee belangrijke onderzoeksgebieden, namelijk spintronica en magnonica.
Een internationaal team, bestaande uit wetenschappers van FOM, Radboud Universiteit Nijmegen en de Politecnico di Milano (Italië) hebben de ultieme snelheidslimiet van de beheersing van spins in een solid state magnetisch materiaal bereikt. Met behulp van femtosecondelaserpulsen (1 fs=10-15 s) zijn de onderzoekers erin geslaagd om spin-oscillaties op te wekken met de maximale intrinsieke frequentie. Een volledige en willekeurige manipulatie van de fase en amplitude van deze magnetische oscillaties (ook magnons genoemd) werd getoond. Wat nog opmerkelijker is, is dat de lengteschaal van de magnons in de orde van grootte van 1 nm ligt. Deze resultaten banen de weg naar een ongekend frequentiebereik van 20 THz voor magnetische opnameapparaten die ook op de nanoschaal ingezet kunnen worden.
De praktische toepassing van andere soorten regulatie van het magnetisme, op basis van elektrische stroompjes, wordt beperkt doordat er veel warmte bij vrij komt waarvoor koelingssystemen nodig zijn. Het is daarom belangrijk om te benadrukken dat er bij het concept dat beschreven wordt door FOM-promovendus Bossini en zijn collega's in het artikel dat in Nature Communications gepubliceerd is, geen warmte vrijkomt. Dit maakt hun onderzoek vanuit het oogpunt van toepassingen nog aantrekkelijker. Toch is de mogelijkheid om de evolutie van een magneet op zulke korte tijd- en lengteschalen gelijktijdig te kunnen volgen ook vanuit de fundamentele wetenschap bekeken een belangrijke doorbraak. Een nieuwe richting, afgebakend door Bossini femto-nanomagnonica, is blootgelegd.
Lees het volledige artikel (open access).
Dit onderzoek werd gefinancierd door het Europese programma LASERLAB, de European Research Council en door de Nederlandse Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).