研究人员开发了一种创新的方法来研究材料中的超快磁性。他们展示了磁场阶跃的生成和应用，在这种情况下，磁场在皮秒内被开启。
马普物质结构与动态研究所（MPSD）的研究人员开发了一种创新的方法来研究材料中的超快磁性。他们展示了磁场阶跃的生成和应用，在这种情况下，磁场在皮秒内被开启。
磁场对于控制材料的磁化至关重要。在静态或缓慢变化的条件下，材料的磁化与外部场对齐，像指北针一样。然而，当磁场在超快时间尺度上变化时——比材料的响应时间还要快——全新的磁化动力学便会出现。这些快速的瞬态现象对非平衡态物质的基础研究和下一代磁记忆的潜在应用具有重要意义，后者对更快的写入速度至关重要。
为了解决这个挑战，研究小组设计了一种新型超导设备，能够产生超快的单极磁场阶跃——在皮秒级上升和超纳秒级衰减时间内发生的突发磁变化。“我们的目标是创建一种通用的超快刺激，可以在稳定的磁态之间切换任何磁性样品，”首席作者乔瓦尼·德·维基说。“这一突破可能推动基础科学和技术的发展。”
利用超导体进行超快磁场阶跃
由安德里亚·卡瓦莱里领导的团队通过迅速淬火超导YBa₂Cu₃O₇薄盘中的超电流来实现这一壮举，该薄盘暴露在外部磁场中。超电流自然形成，以排斥超导体中的磁场。“通过使用超短激光脉冲 abruptly打断这些电流，我们可以生成上升时间约为一个皮秒——一万亿分之一秒的超快磁场阶跃，”共同作者格雷戈尔·约兹图说。
“实时跟踪这些磁瞬态的方法是一个主要挑战，”共同作者米歇尔·布齐解释说。研究人员在超导样品附近放置了一种观察晶体来实现这一点。晶体的光学特性会根据局部磁场变化。这一效应使团队能够通过分析飞秒激光脉冲的偏振旋转来跟踪磁场的演变。“通过这种方法，我们达到了亚皮秒的分辨率和前所未有的灵敏度，”共同作者塞巴斯蒂安·法瓦补充道。
迈向超快磁切换
尽管当前的磁场阶跃尚未实现完全的磁化切换，研究人员相信优化设备几何形状可以增强磁场瞬态的幅度和速度。“经过适当的改进，我们设想可以应用于相变控制及磁秩序参数的完全切换，”安德里亚·卡瓦莱里说。
德意志研究联合会通过卓越集群CUI：物质的先进成像支持了这项研究。MPSD是自由电子激光科学中心（CFEL）的成员，该中心是与德累斯顿工业大学和汉堡大学的联合企业。该研究是与拉德布德大学的亚历克谢·基梅尔教授合作进行的。
