Scattering magnetico ultraveloce su ferrimagneti consentito da una luminosa sorgente di raggi X morbidi a base di itterbio. Credito:Ella Maru Studio (Gruppo CNW/Institut National de la recherche scientifique (INRS))
La condivisione di informazioni in tempo reale richiede reti complesse di sistemi. Un approccio promettente per accelerare i dispositivi di archiviazione dei dati consiste nel commutare la magnetizzazione, o la rotazione degli elettroni, dei materiali magnetici con impulsi laser a femtosecondi ultracorti. Ma il modo in cui lo spin si evolve nel nanomondo su scale temporali estremamente brevi, in un milionesimo di un miliardesimo di secondo, è rimasto in gran parte misterioso. Il team del professor François Légaré presso l'Institut national de la recherche scientifique (INRS) ha compiuto un importante passo avanti in questo campo, in collaborazione con TU Wien, Austria, la struttura nazionale francese di sincrotrone (SOLEIL) e altri partner internazionali. Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Optica .
Finora, gli studi sull'argomento si basano fortemente su grandi strutture a raggi X ad accesso limitato come laser a elettroni liberi e sincrotroni. Il team mostra, per la prima volta, un microscopio ultraveloce a raggi X morbidi da tavolo per risolvere spazio-temporalmente la dinamica di spin all'interno di materiali di terre rare, che sono promettenti per i dispositivi spintronici.
Questa nuova sorgente di raggi X morbidi basata su un laser a itterbio ad alta energia rappresenta un progresso fondamentale per lo studio dei futuri dispositivi spintronici ad alta velocità e ad alta efficienza energetica e potrebbe essere utilizzata per molte applicazioni in fisica, chimica e biologia.
"Il nostro approccio fornisce una soluzione elegante robusta, efficiente in termini di costi e scalabile dal punto di vista energetico per molti laboratori. Consente lo studio della dinamica ultraveloce in strutture su scala nanometrica e mesoscala con risoluzioni spaziali e temporali di femtosecondi sia nanometriche, sia con la specificità dell'elemento", afferma il professor Andrius Baltuska, alla TU Wien.
Brillanti impulsi di raggi X per osservare la rotazione
Con questa sorgente luminosa di fotoni di raggi X, è stata registrata una serie di immagini istantanee delle strutture magnetiche delle terre rare su scala nanometrica. Espongono chiaramente il rapido processo di smagnetizzazione e i risultati forniscono informazioni dettagliate sulle proprietà magnetiche che sono accurate quanto quelle ottenute utilizzando apparecchiature a raggi X su larga scala.
"Lo sviluppo di sorgenti di raggi X ultraveloci da tavolo è entusiasmante per le applicazioni tecnologiche all'avanguardia e i moderni campi della scienza. Siamo entusiasti dei nostri risultati, che potrebbero essere utili per la ricerca futura per la spintronica, così come per altri potenziali campi", afferma INRS ricercatore post-dottorato, il dottor Guangyu Fan.
"I sistemi di terre rare sono di tendenza nella comunità a causa delle loro dimensioni nanometriche, velocità maggiore e stabilità topologicamente protetta. La sorgente di raggi X è molto interessante per molti studi sui futuri dispositivi spintronici composti da terre rare", afferma Nicolas Jaouen, scienziato senior presso l'impianto di sincrotrone nazionale francese.
Il professor Légaré sottolinea il lavoro collaborativo tra esperti nello sviluppo di sorgenti luminose all'avanguardia e dinamiche ultraveloci nei materiali magnetici su scala nanometrica. "Considerando il rapido emergere della tecnologia laser a itterbio ad alta potenza, questo lavoro rappresenta un enorme potenziale per sorgenti di raggi X morbidi ad alte prestazioni. Questa nuova generazione di laser, che sarà presto disponibile presso l'Advanced Laser Light Source (ALLS), sarà hanno molte applicazioni future per i campi della fisica, della chimica e persino della biologia", afferma. + Esplora ulteriormente
