[ad_1]
(noticias nanowerk) En lo profundo de cada pieza de material magnético, los electrones bailan al ritmo invisible de la mecánica cuántica. Sus espines, que se asemejan a pequeñas peonzas atómicas, determinan el comportamiento magnético del material en el que viven. Este ballet microscópico es la piedra angular de los fenómenos magnéticos, y son estos giros los que un equipo de investigadores de JILA, liderados por los profesores y becarios de JILA Margaret Murnane y Henry Kapteyn de la Universidad de Colorado Boulder, han aprendido con notable precisión para controlar y potencialmente redefinir. el futuro de la electrónica y el almacenamiento de datos.
Las tesis centrales
Investigación
en uno nuevo Avances científicos En su publicación (“Optically Controlling the Competition Between Spin Flips and Intersite Spin Transfer in a Heusler Half-Metal on Sub-100-fs Time Scales”), el equipo de JILA, junto con colaboradores de universidades de Suecia, Grecia y Alemania, investigó la dinámica de espín dentro de un material especial conocido como compuesto de Heusler: una mezcla de metales que se comporta como un solo material magnético. Para este estudio, los investigadores utilizaron un compuesto de cobalto, manganeso y galio que actuaba como conductor de electrones cuyos espines estaban orientados hacia arriba y como aislante para los electrones cuyos espines estaban orientados hacia abajo.
Utilizando una forma de luz llamada EUV HHG (generación ultravioleta extrema de altos armónicos) como sonda, los investigadores pudieron rastrear la realineación de los espines dentro del compuesto después de excitarlo con un láser de femtosegundo, lo que provocó que la muestra cambiara sus propiedades magnéticas. . La clave para interpretar con precisión los realineamientos de espín fue la capacidad de ajustar el color de la luz de la sonda EUV-HHG.
«En el pasado, la gente no había hecho esta combinación de colores de HHG», explicó la coprimera autora y estudiante graduada de JILA, Sinéad Ryan. «Por lo general, los científicos sólo han medido la señal en unos pocos colores diferentes, tal vez como máximo uno o dos por elemento magnético». En una primicia monumental, el equipo de JILA sintonizó su sonda de luz EUV-HHG con las resonancias magnéticas de cada elemento dentro del espectro. compuesto para rastrear los cambios de giro con una precisión de hasta femtosegundos (una billonésima de segundo).
«Además, también cambiamos la fluencia de excitación del láser, que es la cantidad de energía que usamos para manipular los espines», explicó Ryan, enfatizando que este paso también es una primicia experimental en este tipo de investigación.
Además de su novedoso enfoque, los investigadores colaboraron con el teórico y coautor Mohamed Elhanoty de la Universidad de Uppsala, quien visitó JILA para comparar modelos teóricos de cambios de espín con sus datos experimentales. Sus resultados mostraron una fuerte concordancia entre los datos y la teoría. «Sentimos que estábamos estableciendo un nuevo estándar con la coherencia entre la teoría y el experimento», añadió Ryan.
Ajuste fino de la energía luminosa.
Para profundizar en la dinámica de espín de su compuesto de Heusler, los investigadores aportaron una herramienta innovadora: sondas ultravioleta extremas de alto armónico. Para fabricar las sondas, los investigadores enfocaron luz láser de 800 nanómetros en un tubo lleno de gas neón, donde el campo eléctrico del láser alejó los electrones de sus átomos y luego los empujó hacia atrás. Cuando los electrones regresaron, se comportaron como bandas elásticas que se separan después de ser estiradas, produciendo destellos de luz púrpura con una frecuencia (y energía) más alta que el láser que los expulsó. Ryan sintonizó estas ráfagas para que resonaran con las energías del cobalto y el manganeso en la muestra, y midió la dinámica de espín y el comportamiento magnético de elementos específicos dentro del material que el equipo podría manipular aún más.
Una competición de efectos de giro.
En su experimento, los investigadores descubrieron que al ajustar la potencia del láser de excitación y el color (o energía del fotón) de su sonda HHG, podían determinar qué efectos de espín eran dominantes en diferentes momentos dentro de su compuesto. Compararon sus mediciones con un modelo computacional complejo llamado teoría funcional de densidad dependiente del tiempo (TD-DFT). Este modelo predice cómo evoluciona una nube de electrones en un material de un momento a otro a medida que se expone a diferentes entradas.
Utilizando el marco TD-DFT, Elhanoty encontró una concordancia entre el modelo y los datos experimentales debido a tres efectos de espín competitivos dentro de la unión de Heusler. «Lo que encontró en teoría fue que los giros eran bastante dominantes en las primeras escalas de tiempo, y luego las transferencias de giros se volvieron más dominantes», explicó Ryan. «A medida que pasa el tiempo, se producen más efectos de desmagnetización y la muestra se desmagnetiza».
El fenómeno de giro invertido ocurre dentro de un elemento de la muestra cuando los giros cambian su orientación de arriba a abajo y viceversa. Por el contrario, las transferencias de espín se producen dentro de varios elementos, en este caso el cobalto y el manganeso, a medida que se transfieren espines entre sí, haciendo que cada material sea más o menos magnético con el tiempo.
Al comprender qué efectos prevalecen, en qué niveles de energía y en qué momentos, los investigadores pudieron comprender mejor cómo se pueden manipular los espines para otorgar a los materiales propiedades magnéticas y electrónicas más fuertes.
«Existe este concepto de espintrónica que utiliza la electrónica que tenemos actualmente, y en lugar de utilizar simplemente la carga del electrón, también utilizamos el espín del electrón», explicó Ryan. “Así que la espintrónica también tiene un componente magnético. La razón para utilizar espín en lugar de carga electrónica es que podría crear dispositivos con menos resistencia y menos calentamiento térmico, haciendo que los dispositivos sean más rápidos y eficientes”.
Al trabajar con Elhanoty y sus otros colaboradores, el equipo de JILA obtuvo un conocimiento más profundo de la dinámica de giro dentro de los compuestos de Heusler. Ryan dijo: «Fue realmente gratificante ver un acuerdo tan bueno con la teoría y el experimento que también surgieron de esta colaboración tan estrecha y productiva». Los investigadores de JILA esperan continuar esta colaboración en el estudio de otros compuestos para comprender mejor cómo se puede utilizar la luz. para manipular patrones de giro.
[ad_2]