Bir lazer ferromanyetik dönüşü sürdürebilir mi? Açısal momentum nasıl akar?
Yoğun lazer darbelerine maruz kaldığında, malzemenin mıknatıslanması çok hızlı bir şekilde kontrol edilebilir. Temel olarak konuşursak, manyetizasyon, malzemedeki elektronların açısal momentumuyla ilgilidir. Max Born Doğrusal Olmayan Optik ve Kısa Darbe Spektroskopisi Enstitüsü'nden (MBI) bilim adamları tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, temel süreci anlamak için artık ultra hızlı optik manyetik giderme sırasında ferromanyetik demir-gadolinyum alaşımlarının açısal momentum akışını büyük ayrıntıyla izleyebildi. Hız sınırı, araştırma sonuçları "Physics Review Letters" da yayınlandı. Bir ferromanyetik nesnenin manyetizması değiştiğinde, dönmeye başlar - manyetizasyon ile açısal momentum arasındaki bu bağlantı, Einstein ve De Haas'ın 1915'teki deneyinde gözlemlendi.
Bu fenomen, mikroskobik düzeyde, manyetizasyonun esasen elektronların açısal momentumuyla ilgili olması nedeniyle oluşur. O zamanlar Einstein ve De Haas'ın aksine, fizikçiler artık elektronların çekirdek etrafındaki yörünge hareketinin ve dönüşünün mıknatıslanma üreteceğini biliyorlar. Aslında, ferromanyetik katılarda, dönme, manyetizasyonun çoğunu üretir. Açısal momentum korunduğunda, mıknatıslanma değişikliğine, sistemdeki diğer açısal momentum formlarındaki değişiklikler eşlik etmelidir - Einstein-De Haas deneyinde, bu, mıknatıslanma değiştikten sonra manyetik süspansiyonun dönmesinin sonucudur. Mikroskobik düzeyde, atomların karşılık gelen hareketi, açısal momentumun son rezervuarını oluşturur ve ultra kısa lazer darbeli aydınlatma, malzemeleri hızlı bir şekilde demanyetize etmek için bir yöntemdir.
Tipik ferromanyetik demir, kobalt ve nikel için, örneğin, bir lazer darbesi malzemeye çarptıktan sonra, manyetizasyon yaklaşık 1 pikosaniye (10-12 saniye) içinde söner. Araştırmacılar, manyetizasyonla ilgili açısal momentumun diğer rezervuarlara kısa sürede hangi kanallardan iletildiğini bilmek istiyorlar. Berlin'deki MBI'den bilim adamları ve Berlin'deki Helmholtz Merkez Bölgesi ve Japonya'daki Nihon Üniversitesi'nden bilim adamları, demir-gadolinyum alaşımlarının açısal momentum akışı hakkında ayrıntılı izleme çalışmaları yapabildiler. Bu ferromanyetik malzemede, komşu demir (Fe) ve gadolinyum (Gd) atomları zıt manyetizasyonlara sahiptir. Araştırmacılar, önceki lazer uyarımından sonraki zamanın bir fonksiyonu olarak demir ve Gd atomları tarafından dairesel polarize x-ışınlarının emilimini izlemek için ultra kısa x-ışını darbeleri kullandılar. Bu yöntemin benzersiz özelliği, ultra hızlı manyetik giderme sırasında iki tür atomun manyetik momentlerinin ayrı ayrı izlenmesine izin vermesidir.
- Gd'nin başlangıçta açısal momentumu yoktur (L = 0) ve lazer darbesi numuneye 0 zamanında vurduktan sonra manyetikliği giderme işlemi sırasında birikmez. Demir elementinde S ve L aynı oranda azalır ve S ile L arasında "karışma" olmaz. Resim: MBI Berlin
Ek olarak, ilgili soğurma spektrumlarını analiz ederken, yörünge hareketinde depolanan açısal momentumu ve elektron spinindeki açısal momentumu ayırt etmek mümkündür. Bu ayrıntılı X-ışını görüntüsü sayesinde, bilim adamları alaşımdaki Gd atomlarının manyetik giderme sürecinin saf Gd'den önemli ölçüde daha hızlı olduğunu buldular. Bununla birlikte, bunun nedeni, antiparalel olarak düzenlenmiş olsalar bile, farklı atom türleri arasındaki açısal momentum alışverişi değildir. Çalışmanın ilk yazarı Martin Hennecke şunları söyledi: Gd'nin hızlandırılmış reaksiyonunun alaşımdaki elektronlar arasında oluşan çok yüksek sıcaklıktan kaynaklandığını biliyoruz. İlginç bir şekilde, yaklaşık 100 femtosaniye (10-13 saniye) bir zaman çözünürlüğüne sahip lazer kaynaklı manyetik giderme işlemi sırasında, elektron spini ile yörünge hareketi arasındaki açısal momentum "rekombinasyonu" da tespit edilmedi - bu hiç de değil Hem Fe hem de Gd atomları gerçektir.
Açısal momentum nasıl akar? Açıktır ki, tüm açısal momentum tamamen atomik kafese aktarılır.Son teorik tahminlerle tutarlı olarak, spin açısal momentumu önce aynı atomun yörünge hareketine spin-yörünge etkileşimi yoluyla aktarılır, ancak biz onu göremiyoruz Orada birikir çünkü doğrudan atomik kafese hareket eder. Teori, son işlemin hızının femtosaniye'ye ulaşabileceğini öngörür Ayrıntılı deneyler şimdi son transfer adımının aslında açısal momentumun genel akışının darboğazı olmadığını doğruladı. Kısa lazer darbelerinin manyetik veri kaydı için bitleri yazmak üzere mıknatıslamayı kalıcı olarak değiştirmek için de kullanılabileceği düşünüldüğünde, bu temel mekanizmaların dinamiklerinin derinlemesine anlaşılması, büyük ölçekli veri depolama ortamlarına veri yazmak için yeni yöntemlerin geliştirilmesi için önemlidir. Yani, bu yöntemin hızı şu anda mümkün olandan çok daha hızlı.
Sol alt köşede [Daha fazla bilgi] Boke Garden uygulamasını indirin
