Cientistas do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), juntamente com colegas do Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) e da Universidade da Virgínia, encontraram uma maneira de escrever e apagar ímãs em uma liga usando um feixe de laser, um efeito surpreendente. A reversibilidade do processo abre novas possibilidades nas áreas de processamento de materiais, tecnologia óptica, e armazenamento de dados.

Pesquisadores do HZDR, um laboratório de pesquisa alemão independente, estudou uma liga de ferro e alumínio. É interessante como um protótipo de material porque mudanças sutis em seu arranjo atômico podem transformar completamente seu comportamento magnético. “A liga possui uma estrutura altamente ordenada, com camadas de átomos de ferro separados por camadas atômicas de alumínio. Quando um feixe de laser destrói esta ordem, os átomos de ferro são aproximados e começam a se comportar como ímãs, "diz o físico Rantej Bali do HZDR.

Bali e sua equipe prepararam um filme fino da liga sobre uma magnésia transparente, através do qual um feixe de laser incidiu sobre o filme. Quando eles, junto com pesquisadores do HZB, direcionou um feixe de laser bem focado com um pulso de 100 femtossegundos (um femtossegundo é um milionésimo de bilionésimo de segundo) na liga, uma área ferromagnética foi formada. Disparar pulsos de laser na mesma área novamente - desta vez com intensidade de laser reduzida - foi usado para excluir o ímã.

Com um único pulso de laser em intensidade reduzida, cerca de metade do nível anterior de magnetização foi retido, e com uma série de pulsos de laser, a magnetização desapareceu completamente. Essas observações foram feitas no síncrotron Bessy II do HZB usando um microscópio que lança raios X suaves para estudar o contraste magnético.

O cientista conseguiu esclarecer o que acontece na liga durante esse processo. As simulações dos colegas americanos mostram que o estado ferromagnético se forma quando o pulso ultracurto do laser aquece o material de película fina a ponto de derreter desde a superfície até a interface de magnésia. Conforme a liga esfria, torna-se um líquido super-resfriado, permanecendo fundido apesar da temperatura ter caído abaixo do ponto de fusão.

Esse estado é o resultado da falta de locais de nucleação - locais microscópicos onde os átomos podem começar a se organizar em uma rede. À medida que os átomos se movem no estado super-resfriado em busca de locais de nucleação, a temperatura continua caindo. Finalmente, os átomos no estado super-resfriado devem formar uma rede sólida, e como em um jogo de cadeiras musicais, os átomos de ferro e alumínio acabam presos em posições aleatórias dentro da rede. O processo leva apenas alguns nanossegundos, e o arranjo aleatório dos átomos gera um ímã.

O mesmo laser em uma intensidade reduzida reorganiza os átomos em uma estrutura bem ordenada. O tiro de laser mais fraco derrete apenas camadas finas do filme, criando uma poça de fusão assentada na liga sólida. Dentro de um nanossegundo após o derretimento, e assim que a temperatura cair abaixo do ponto de fusão, a parte sólida do filme começa a crescer novamente, e os átomos se reorganizam rapidamente da estrutura líquida desordenada para a rede cristalina. Com a rede já formada e a temperatura ainda alta o suficiente, os átomos possuem energia suficiente para se difundir pela rede e se separar em camadas de ferro e alumínio. Ph.D. o estudante Jonathan Ehrler resume:"Para escrever áreas magnéticas, temos que derreter o material da superfície até a interface, enquanto para excluí-lo, só precisamos derreter uma fração dele. "

Em outros experimentos, os cientistas agora querem investigar esse processo em outras ligas ordenadas. Eles também querem explorar o impacto de uma combinação de vários feixes de laser. Os efeitos de interferência podem ser usados ​​para gerar materiais magnéticos padronizados em grandes áreas. "As mudanças notavelmente fortes na propriedade do material podem muito bem levar a algumas aplicações interessantes, "avalia Bali. Lasers são usados ​​para muitas finalidades diferentes na indústria, por exemplo, no processamento de materiais. Essa descoberta também pode abrir novos caminhos em tecnologias óticas e de armazenamento de dados.