Ultrasnelle plasmon-verbeterde magnetische bitschakeling op de nanoschaal

Onderzoekers van het Max Born Institute hebben een succesvolle manier aangetoond om magnetische bits op nanoschaal te beheersen en te manipuleren – de bouwstenen van digitale gegevens – die een ultrasnelle laserpuls en plasmonische gouden nanostructuren gebruiken. De bevindingen werden gepubliceerd in Nano letters.

All-optische, heliciteitsafhankelijke magnetisatieomschakeling (AO-HIS) is een van de meest interessante en veelbelovende mechanismen voor dit streven, waarbij de magnetisatietoestand kan worden omgekeerd tussen twee richtingen met een enkele femtoseconde laserpuls, die dient als “0S” en “1S” zonder externe magnetische veld of complexe bedrijven. Dit opent spannende mogelijkheden voor het maken van geheugenapparaten die niet alleen sneller en robuuster zijn, maar ook veel minder vermogen verbruiken.

Ultrasnelle lichtgestuurde regeling van magnetisatie op de schaal van nanometer-lengte is van cruciaal belang om concurrerende bitgroottes te bereiken in de volgende generatie gegevensopslagtechnologie. Het wordt momenteel echter niet goed begrepen in hoeverre basisfysica -processen zoals warmteoverdracht op nanoschaal en de verspreiding van magnetische domeinwanden de minimaal haalbare bitgrootte beperken.

Om deze open vragen te onderzoeken, gebruikten de onderzoekers plasmonische gouden nanostructuren, die licht kunnen beperken tot gebieden die kleiner zijn dan de golflengte van licht. Deze structuren werden in eigen huis gefabriceerd door elektronenstraallithografie op een dunne film van 10 nm van een magnetisch materiaal dat bestaat uit zeldzame aarde-metalen legering van de transitie (GDTBCO), in staat om kleine stabiele magnetische domeinen te vergemakkelijken vanwege de aanwezigheid van het zeldzame aardmetaalterbium, dat een grote magnetische anisotropie genereert.

Met behulp van een 370 FS ultrashorte laserpuls van 1030 nm golflengte werd magnetisch schakelen bereikt in gebieden met een breedte van slechts 240 nm. De nanostructuren verminderden ook de benodigde pulsenergieën, vanwege de verbeterde lokalisatie van het elektromagnetische veld rond de gouden staven, waardoor hun plasmonische eigenschap werd gebruikt.

Verlichting met enkele laserpulsen kan worden gebruikt om de magnetisatie lokaal aan de rand van de nanostructuur te schakelen. Bovendien kan een gebied waar de magnetisatie door de laserpuls is geschakeld, worden teruggekeerd met een andere enkele laserpuls op precies gerichte locaties op het magnetische materiaal.

Het is dus mogelijk om een ​​gecontroleerde schakelen van de magnetisatie te realiseren, zoals vereist om informatietoestanden “0” en “1.” te coderen De uiteindelijke magnetische toestand werd gevisualiseerd met behulp van magnetische krachtmicroscopie (MFM), een scanttechniek die de magnetische toestand van een monster met een ruimtelijke resolutie op nanometerschaal kan afbeelden.

Naast de demonstratie van het schakelen van schakels, onder bepaalde laserpulsomstandigheden, zagen de onderzoekers interessante uitgebreide magnetisatiepatronen. Wanneer spannend onder omstandigheden waar de nanostructuren geen plasmonische resonantie toestaan ​​om opgewonden te worden door de laser, is een dipoolachtig verre veldverstrooiend domeinpatroon “ingeprent” in de magnetische film. Via on- en off-resonerende plasmonische excitatie kon de dominantie van verschillende plasmonische energieoverdrachtmechanismen worden bestudeerd.

“Hoewel dit fundamenteel onderzoek is naar de fundamentele processen van gelokaliseerde optische omschakeling van magnetisatie, kan het toekomstige ontwikkelingen leiden naar geoptimaliseerde excitatieschema’s in ontwikkelde magnetische materialen, wat uiteindelijk mogelijk is om nanoschaalregeling te exploiteren met behulp van licht,” zegt Puloma Singh, een MBI -onderzoeker die dit project beweegt met haar MBI COLLAGES als deel van haar Ph.D. Studies.