Международной команде в BESSY II впервые удалось выяснить, как можно охарактеризовать сверхбыстрые импульсы тока со спиновой поляризацией, измерив сверхбыстрое размагничивание в системе с магнитным слоем в течение первых сотен фемтосекунд. Полученные результаты полезны для разработки спинтронных устройств, которые обеспечивают более быструю и энергоэффективную обработку и хранение информации. В сотрудничестве приняли участие команды из Страсбургского университета, HZB, Университета Уппсалы и ряда других университетов.
Компоненты спинтроники основаны не на движущихся зарядах, а на изменениях ориентации магнитных моментов, таких как спины электронов.Таким образом, устройства на основе спинового тока могут работать чрезвычайно быстро, в настоящее время в масштабе времени до ста пикосекунд (одна пикосекунда составляет 10-12 с). Однако сами микроскопические процессы протекают гораздо быстрее, в диапазоне нескольких сотен фемтосекунд (1 фс = 10-15 с).
Магнитные слои образуют вращающийся клапан
Теперь международная команда, возглавляемая профессором Дж. Кристин Боэглин из Страсбургского университета впервые смогла экспериментально наблюдать некоторые из этих особенно интересных динамических процессов в системе с магнитным слоем. Они исследовали так называемый вращающийся клапан, состоящий из чередующихся слоев платины-кобальта и слоя сплава железо-гадолиний. В этой системе взаимодействия между возбужденными (горячими) электронами и магнитными слоями особенно сильны. Первый автор Дикша Гупта и ее коллеги провели эксперименты на станции фемтосрезания в БЕССИ II совместно с командой HZB, которая управляет этой уникальной во всем мире инфраструктурой.
С помощью фемтосекундного инфракрасного лазера (IR) они генерировали горячие электроны (HE) в верхнем слое платины (Pt). Толстый слой меди (Cu, 60 нм) гарантирует, что только HE-импульсы достигают слоя Co/Pt в передней части спинового клапана, который действует как спиновый поляризатор, генерируя спин-поляризованные HE-импульсы (SPHE).
Линия фемтосликинга beamline предлагает уникальные возможности
Команда смогла охарактеризовать эти импульсы SPHE, проанализировав динамику размагничивания в ферримагнитном слое Fe 74 Gd 26 на конце вращающегося клапана. Для этого они использовали методы, которые доступны только в этой комбинации в BESSY II: "Благодаря уникальным возможностям фемтосекундной лучевой линии в BESSY II, мы можем отдельно исследовать динамику сверхбыстрого вращения для каждого компонента сложной системы образцов", - говорит ученый HZB Кристиан Шюсслер-Лангехайн. Команда использовала ультракороткие (~100 фс) импульсы мягкого рентгеновского излучения, настроенные на резонансы атомов железа и гадолиния, и записала их соответствующие динамические реакции на импульсы SPHE.
С помощью теоретических моделей, разработанных командой под руководством О. Эрикссона из Университета Уппсалы, стало возможным определить важнейшие параметры импульсов тока SPHE, в частности длительность импульса, направление спиновой поляризации и плотности тока, необходимые для воспроизведения экспериментальных результатов.
Дикша Гупта, которая проводила эксперименты в рамках своей докторской диссертации, теперь присоединилась к HZB в качестве постдокторского исследователя, где она продолжит изучать магнитные материалы. Она говорит: "Это быстро развивающаяся область. Впервые нам удалось по-настоящему пролить свет на поведение спиновых токов в сложных магнитных материалах. Это могло бы проложить путь к более быстрому технологическому развитию.'
Комментарии