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2025-04-02 20:58:00
Max Planck Institute for the Matter of Matter（MPSD）の研究者は、材料の超高速磁気を研究するための革新的な方法を開発しました。彼らは、ピコ秒の問題で磁場がオンになる磁場ステップの生成と適用を示しました。
磁場は、材料の磁化を制御するための基本です。静的またはゆっくりと変化する条件下では、材料の磁化はコンパスの針のような外部場と整列します。ただし、磁場が超高速タイムスケールで変化すると、まったく新しい磁化ダイナミクスが現れます。これは、材料の応答時間よりも速いです。これらの急速な過渡現象は、物質の非平衡状態に関する基本的な研究と、より速い書き込み速度が重要な次世代磁気記憶における潜在的な用途にとって、非常に興味深いものです。
この課題に対処するために、研究チームは、超高速、単極磁場のステップを生成できる新しい超伝導デバイスを設計しました。これは、ピコ秒の上昇とスーパーナノ秒減衰時間による突然の磁気変化です。 「私たちの目標は、安定した磁気状態間であらゆる磁気サンプルを切り替えることができる普遍的な超高速刺激を作成することです」と、リード作家のジョバンニ・デ・ヴェッキは言います。 「このブレークスルーは、基本的な科学と技術の両方の進歩を促進する可能性があります。」
超高速磁気ステップの超伝導体を利用します
Andrea Cavalleriが率いるチームは、外部磁場にさらされた超伝導Yba₂cu₃o₇薄いディスクでスーパーカレントを急速に消すことで、この偉業を達成しました。超高電流は、超伝導体から磁場を追放するために自然に形成されます。 「超微量レーザーパルスを使用してこれらの電流を突然混乱させることにより、約1ピコ秒 – 秒の1兆分の1兆分の1秒の上昇時間で超高速磁場ステップを生成することができました」
「これらの磁気過渡現象をリアルタイムで追跡する方法を考案することは大きな課題でした」と共著者のMichele Buzziは説明します。研究者は、これを達成するために、超伝導サンプルの近くに観客の結晶を配置しました。クリスタルの光学特性は、局所磁場に応答して変化します。この効果により、チームは、フェムト秒レーザーパルスの偏光回転を分析することにより、磁場の進化を追跡できます。 「このアプローチにより、サブピコ秒解像度と前例のない感度を達成しました」と共著者のセバスチャンファバは付け加えます。
超高速磁気スイッチングに向けて
現在の磁気ステップはまだ完全な磁化スイッチングを実現していませんが、研究者は、デバイスのジオメトリを最適化すると磁場過渡現象の振幅と速度を向上させると考えています。 「適切な改善により、位相遷移制御から磁気秩序パラメーターの完全な切り替えに至るまでのアプリケーションを想定しています」とAndrea Cavalleri氏は言います。
Deutsche forschungsgemeinschaftは、Cluster of Excellence CUI：Advanced Imaging of Matterを通じて研究をサポートしました。 MPSDは、デシーとハンブルク大学と共同企業であるフリーエレクトロンレーザー科学センター（CFEL）のメンバーです。この研究は、ラドバウド大学の教授であるアレクセイ・キメルと協力して実施されました。
#超高速磁気制御の新しい波