Un progetto di ricerca congiunto della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), l'Università di Siegen, Forschungszentrum Jülich, e l'Elettra Synchrotron Trieste ha raggiunto un nuovo traguardo per il controllo ultrarapido del magnetismo. Il team internazionale ha lavorato su configurazioni di magnetizzazione che mostrano torsione chirale. La chiralità è una rottura di simmetria, che si verifica, Per esempio, in natura in molecole essenziali per la vita. La chiralità è anche chiamata manualità, poiché le mani sono un esempio quotidiano di due elementi che, disposti in modo speculare, non possono essere sovrapposti l'uno all'altro. Le configurazioni di magnetizzazione con una chiralità fissa sono attualmente studiate in modo intensivo a causa delle loro affascinanti proprietà come una maggiore stabilità e un'efficiente manipolazione da parte della corrente. Queste trame magnetiche promettono quindi applicazioni nel campo della spintronica chirale ultraveloce, per esempio nella scrittura ultraveloce e nel controllo di oggetti magnetici topologici chirali come gli skyrmioni magnetici, cioè., configurazioni di magnetizzazione appositamente attorcigliate con proprietà eccitanti.

I nuovi approfondimenti pubblicati su Comunicazioni sulla natura gettare luce sulla dinamica ultraveloce dopo l'eccitazione ottica delle strutture di spin chirali rispetto alle strutture di spin collineari. Secondo i risultati dei ricercatori, l'ordine chirale si ripristina più velocemente rispetto all'ordine collineare dopo l'eccitazione da parte di un laser a infrarossi.

Il team di ricerca ha eseguito esperimenti di diffusione di raggi X a piccolo angolo su campioni di film sottili magnetici stabilizzando le configurazioni magnetiche chirali presso la struttura di laser a elettroni liberi (FEL) FERMI a Trieste in Italia. La struttura offre la possibilità unica di studiare le dinamiche di magnetizzazione con risoluzione temporale a femtosecondi utilizzando luce polarizzata circolare sinistra o polarizzata destra. I risultati indicano un recupero più rapido dell'ordine chirale rispetto alla dinamica dell'ordine magnetico collineare, il che significa che le torsioni sono più stabili delle configurazioni magnetiche diritte.

La cooperazione con i principali partner internazionali come pietra angolare di una ricerca di successo

"Abbiamo lavorato a lungo su questo esperimento. Ora che sappiamo che la dinamica ultraveloce delle strutture di spin chirali e collineari è diversa, possiamo concentrarci sull'affrontare la dipendenza della dinamica ultraveloce dalle proprietà dei materiali come l'interazione Dzyaloshinskii-Moriya, un'interazione che può portare alla stabilizzazione delle strutture di spin chirali, " ha detto Nico Kerber dell'Istituto di Fisica dell'Università di Mainz, autore principale dell'articolo.

"Siamo particolarmente grati ai nostri colleghi italiani che hanno eseguito una parte dell'esperimento durante il primo blocco del coronavirus in Europa. Queste scansioni aggiuntive sono state fondamentali per il nostro studio e siamo felici che il supporto video e la spedizione dei campioni abbiano funzionato qui. Ma non vediamo l'ora di poter eseguire nuovamente questi esperimenti di persona con i nostri colleghi di FERMI, " ha aggiunto il professor Christian Gutt dell'Università di Siegen, autore corrispondente dell'articolo.

"Sono molto felice di vedere il prossimo passo compiuto per consentire l'uso di configurazioni di magnetizzazione chirale in nuovi dispositivi spintronici. La collaborazione internazionale con importanti strutture come FERMI è fondamentale per consentire tale lavoro. Collaborazioni come questa sono una pietra angolare della nostra formazione universitaria programmi e centri di ricerca, " ha sottolineato il professor Mathias Kläui della JGU, supervisore del primo autore e direttore del progetto di eccellenza Dynamics and Topology (TopDyn). "Promuoviamo queste collaborazioni con i finanziamenti del Centro di ricerca collaborativa CRC/TRR 173 Spin+X, i due corsi di laurea in Scienze dei materiali a Mainz (MAINZ) e Max Planck Graduate Center con la Johannes Gutenberg University Mainz (MPGC), e l'area di ricerca TopDyn."