I ricercatori della Tohoku University hanno sviluppato una simulazione computazionale che mostra che l'uso di impulsi laser ultraveloci per eccitare gli elettroni in un materiale magnetico li fa passare in uno stato transitorio non magnetico. Ciò potrebbe ridurre il tempo necessario per manipolare il magnetismo di un materiale, migliorare le tecnologie di archiviazione magnetica e di elaborazione delle informazioni.

Memorizzazione di bit, o cifre binarie, di informazioni nei dispositivi di memoria magnetica richiede la capacità di invertire il magnetismo all'interno di un materiale tra ferromagnetico e antiferromagnetico. Nello stato ferromagnetico, gli spin dell'elettrone all'interno del materiale si allineano parallelamente l'uno all'altro e ruotano nella stessa direzione, rendendo loro e il materiale magnetico. Nello stato antiferromagnetico, gli spin dell'elettrone si allineano parallelamente l'uno all'altro ma gli elettroni vicini ruotano in direzioni opposte, annullando gli effetti reciproci e rendendo loro e il materiale in cui esistono praticamente non magnetici.

L'archiviazione rapida della memoria richiede una rapida inversione di rotazione. I ricercatori hanno studiato i modi per controllarlo utilizzando laser ultraveloci per ottenere una memoria di archiviazione ancora più veloce. Più breve è l'impulso del laser, più veloce sarà l'inversione.

I fisici della Tohoku University Atsushi Ono e Sumio Ishihara hanno sviluppato un approccio computazionale per modellare il modo in cui gli elettroni e i loro spin interagiscono tra loro e reagiscono alla luce laser.

Hanno scoperto che esporre gli elettroni nei materiali ferromagnetici a una luce laser continua li rende eccitati, causando interazioni di elettroni che portano a uno stato antiferromagnetico. L'applicazione di impulsi di luce ultraveloci porta anche al passaggio dal ferromagnetismo all'antiferromagnetismo transitorio, seguito dal recupero del ferromagnetismo. Quando i ricercatori hanno applicato un impulso laser ultraveloce seguito da una luce laser continua, gli elettroni sono stati manipolati in uno stato antiferromagnetico che è stato poi mantenuto dalla luce continua. La rimozione della luce continua provocava la graduale scomparsa dello stato antiferromagnetico.

Comprendere queste interazioni, così come i limiti fondamentali dell'inversione di rotazione, è necessario per lo sviluppo futuro di dispositivi di memoria magnetica. Il prossimo passo richiederà esperimenti fisici per testare le previsioni del modello.

"Le conferme sperimentali sono indispensabili per stabilire la presente proposta, " scrivono i ricercatori nel loro studio, che è stato pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica . Ono e Ishihara suggeriscono manganiti perovskite e manganiti stratificate come possibili materiali per testare il loro modello. Suggeriscono anche una varietà di tecniche, come la diffrazione magnetica dei raggi X e la spettroscopia di fotoemissione, per osservare lo stato antiferromagnetico transitorio.