Фемтосекундные лазеры способны изменить ферромагнитное состояние вещества буквально после первого же импульса.

Исследователи под руководством Цзи Ган Вана (Jigang Wang) из Лаборатории Эймса (США) нашли новый способ переключения магнитных состояний вещества, который по меньшей мере в 1 000 раз быстрее используемого сегодня в магнитных накопителях, включая MRAM.

Итак, впереди замаячили терагерцевые магнитооптические накопители. Но за счёт чего?

Физики применили полностью оптический метод контроля переключения магнитного состояния. При этом использовались короткие лазерные импульсы, создавшие сверхбыстрые изменения магнитных свойств облучаемого материала: из антиферромагнитного в ферромагнитное состояние он переходил за сто квадриллионных долей секунды (фемтосекунд).

Фактически скорость такой памяти лимитируется только временем импульса, что означает принципиальную возможность использования в будущем и аттосекундных лазеров.

Рис. 1. Группа исследователей во главе с Цзи Ган Ваном (слева). (Здесь и ниже иллюстрации DOE, Ames Laboratory).

Напомним, сегодня в магнитной памяти для контроля состояний носителя применяется либо магнитное поле, либо лазер, однако не фемтосекундный, а обычный, с постоянным излучением. Лазерное воздействие вызывает переход атомов носителя в иное энергетическое состояние, а их колебания обуславливают миграцию от ферромагнитного к обратному ему состоянию. Однако атомам для такого рода событий нужно время. Поэтому в современных магнитооптических носителях быстрее одного миллиарда раз в секунду надёжно изменить состояние носителя пока не удаётся.

Чтобы вырваться из замкнутого круга, авторы работы обратились к эффекту колоссального магнитосопротивления. Правда, тут есть некоторые теоретические сложности, ведь колоссальное магнитосопротивление — квантовомеханический эффект, с природой которого пока не всё ясно.

Рис. 2. Поскольку при облучении фемтосекундным лазером тепловые эффекты не успевают срабатывать, за изменение магнитного состояния начинают отвечать эффекты квантовомеханические.

Не теряя времени, исследователи пока ведут экспериментальный поиск границ допустимого в области памяти на этом эффекте. Также они смогли при помощи лазера измерить ферромагнитность манганита (довольно дешёвого материала) после контролируемого фемтосекундным лазером переключения состояний.

В итоге обнаружилась сильнейшая фотоиндуцированная магнетизация буквально после первого же импульса.

Теперь физики намерены сосредоточиться на построении записывающих устройств на основе наблюдавшегося ультрабыстрого эффекта.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature.