Lichtpulse bewegen Spins von Atom zu Atom
Laserpulse manipulieren die Magnetisierung durch ultraschnellen Elektronentransfer zwischen Atomen.
Nanometerdünne Filme aus magnetischen Materialien sind ideale Testobjekte, um grundlegende Fragestellungen des Magnetismus zu untersuchen. Darüber hinaus haben solche dünnen magnetischen Filme wichtige technologische Anwendungen. Sie werden beispielsweise in magnetischen Massendatenspeichern eingesetzt. Während in der heutigen Technologie die Magnetisierung in diesen dünnen Filmen durch externe Magnetfelder manipuliert wird, ist es auch möglich, die Magnetisierung mit Hilfe von Laserpulsen zu beeinflussen. Wenn man magnetische Materialien ultrakurzen Lichtpulsen mit einer Dauer von nur wenigen zehn Femtosekunden aussetzt, beobachtet man, dass sich die Magnetisierung verändert. In einfachen Probensystemen entspricht diese Änderung oft einer einfachen Abnahme der Magnetisierungsamplitude. In komplexeren Materialsystemen kann der Lichtpuls die Magnetisierung jedoch auch dauerhaft umkehren. In solchen Fällen spricht man von optischer Magnetisierungsumschaltung mit offensichtlichen Anwendungspotenzialen. Die bemerkenswerte Geschwindigkeit dieses Schaltvorgangs ist jedoch noch nicht verstanden. Aus diesem Grund untersuchen Forschungsgruppen weltweit die mikroskopischen Prozesse, die dem Femtomagnetismus zugrunde liegen.
Forscher des Max-Born-Instituts in Berlin und des MPI für Mikrostrukturphysik in Halle haben jetzt in einer kombinierten experimentellen und theoretischen Forschungsarbeit einen neuen mikroskopischen Prozess beobachten können, der erst vor kurzer Zeit theoretisch vorhergesagt wurde. Der Prozess, der als optischer Intersite-
Ein Atom weist eine Magnetisierung auf, wenn es über eine unterschiedliche Anzahl an Spin-up- und Spin-down-
Das Forscherteam hat jetzt zwei Modellsysteme untersucht, eine reine Kobalt-
Der Vergleich zwischen dem einfachen System, das ausschließlich Co-Atome enthält, und der Legierung, die sowohl Co- als auch Pt-Atome enthält, zeigt ausgeprägte Unterschiede im Absorptionsverhalten, die durch die theoretischen Berechnungen unabhängig voneinander vorhergesagt werden. Diese Unterschiede kommen zustande, da bei der CoPt-Legierung ein zusätzlicher Prozess stattfinden kann, bei dem Elektronen von den Pt- zu den Co- Atomen transferiert werden. Es stellt sich heraus, dass es sich dabei bevorzugt um Spin-down-
Die detaillierten Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass die Fähigkeit zur optischen Manipulation der Magnetisierung über den optischen Intersite-
FV Berlin / RK
Weitere Infos
- Originalveröffentlichung
F. Willems et al.: Optical inter-site spin transfer probed by energy and spin-resolved transient absorption spectroscopy, Nat. Commun. 11, 871 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-14691-5 - Transient Electronic Structure and Nanophysics (S. Eisebitt), Max-Born-Institut für nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Berlin
- Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Halle