Ultrasnabbt frånkopplad magnetism i atomer - ett nytt steg mot framtidens datorer

Framtidens datorer kräver ett magnetiskt material som kan manipuleras ultrasnabbt genom att bryta den starka magnetiska kopplingen. Idag publiceras en studie i Nature Communications där svenska och tyska forskare visar att även den allra starkaste magnetiska kopplingen går att bryta inom pikosekunder (10 upphöjt till -12 s), vilket öppnar ett nytt spännande område inom forskningen.

Grundämnet gadolinium, uppkallad efter Uppsalakemisten Johan Gadolin, som upptäckte det första sällsynta jordartselementet yttrium under sent 1700-tal. Gadolinium, som tillhör samma klass, har unika magnetiska egenskaper som gör det särskilt intressant för magnetisk datalagring. Framför allt har ämnet det största magnetiska spinnmomentet av alla element, beroende på att det finns två olika magnetiska moment på varje atom. Dessa spinnmoment kopplar parallellt på sådant extremt starkt sätt att inget existerande magnetiskt fält på jorden skulle kunna upphäva kopplingen.

I ett internationellt samarbete har nu två fysiker från Uppsala universitet, Karel Carva och Peter Oppeneer, tillsammans med forskare från Berlins Fria universitet, och Konstanz universitet, Tyskland, demonstrerat att det är möjligt att bryta kopplingen mellan spinnmomenten. Forskare i Berlin använde ljuspulser som är kortare än pikosekunder för att excitera gadoliniummetall och sedan följa spinndynamiken hos både spinnmomenten med ultrakorta hög energetiska röntgenblixtar. Deras helt olika spinndynamik avslöjade att den starka kopplingen upphävdes inom pikosekunder (10-12 s) och förblev bruten under nära 100 pikosekunder. Genom Uppsalaforskarnas teoretiska beräkningar kunde man sedan noggrant förklara hur den grundläggande magnetiska växelverkande kan sättas ur spel.

- För inte länge sedan blev det klart att koppling mellan spinnmomenten på olika atomer i ett material kan brytas. Nu har vi bevisat att även den starkare spinnmagnetiska kopplingen på en och samma atom kan övervinnas, vilket ger nya möjligheter för att manipulera magnetiskt material och öppnar nya vägar för framtidens datalagring, säger professor Peter Oppeneer.

Artikelreferens:
”Disparate ultrafast dynamics of itinerant and localized magnetic moments in gadolinium metal”, B. Frietsch, J. Bowlan, R. Carley, M. teichmann, S. Wienholdt, D. Hinzke, U. Nowak, K. Carva, P.M. Oppeneer & M. Weinelt, http://dx.doi.org/10.1038/ncomms9262

För mer information kontakta: Prof. Peter Oppeneer, Institutionen för fysik och astronomi, på 018-471 3748, 070-960 40 16 eller peter.oppeneer@physics.uu.se