Uma das tarefas mais importantes nas tecnologias de informação modernas é controlar as direções de rotação em ímãs. Unidades de disco rígido de última geração e armazenamento magnético de grande volume usados ​​em data centers requerem magnetização em sólidos para mudar suas direções em nanossegundos, correspondente à frequência GHz, ou velocidades ainda mais rápidas. Uma demanda cada vez maior por velocidade de escrita tem levado os pesquisadores a uma extensa pesquisa em técnicas ópticas usando pulsos de laser de femtossegundos.

Quando muito curto, pulsos de laser intensos na faixa de comprimento de onda do infravermelho próximo são absorvidos em ímãs, uma complexa troca de energia ocorre entre o eletrônico, treliça, e sistemas de rotação, resultando na modificação da anisotropia magnética. Compreender como essas transferências de energia interna entre subsistemas após fotoexcitação ultrarrápida resultam na alteração da anisotropia magnética é crucial para a implementação de gravação magnética ultrarrápida e eficiente. alcançando além dos picossegundos ou mesmo femtossegundos no futuro.

Nesse trabalho, pesquisadores da Universidade de Konstanz, A Universidade de Tóquio, e a Universidade de Osaka mostraram que a fotoexcitação de graus de liberdade eletrônicos e de rede em escalas de tempo de femtossegundos resulta em evoluções temporais distintamente diferentes da anisotropia magnética no ferromagneto fraco prototípico Sm _0,7 Er _0,3 FeO ₃ .

Esta ortoferrita de terras raras exibe uma chamada transição de reorientação de spin (SRT), na qual uma mudança na direção de spin ocorre em uma temperatura crítica. Ao irradiar a amostra com um intenso, pulso de laser infravermelho médio de femtossegundo sintonizado ressonantemente para uma frequência de fônon e sondando a dinâmica de spin ultrarrápida devido à reorientação de spin, o SRT foi encontrado para ocorrer com um início tardio. Aqui, a termalização relativamente lenta da rede cristalina limita a dinâmica do spin. Em contraste, ao excitar a transição eletrônica 4f do Sm de terras raras ³⁺ íons, constatou-se que a dinâmica do SRT começou imediatamente.

Este resultado indica que a anisotropia magnética é alterada por meio de uma mudança puramente eletrônica, sem emitir calor excessivo no sistema de rede. Os dados indicam que a velocidade dessa modificação de anisotropia ultrarrápida atinge uma escala de tempo de dezenas de femtossegundos - muito mais rápido do que a própria dinâmica de spin. Assim, o bombeamento eletrônico 4f pode permitir o "disparo" ultrarrápido da comutação de magnetização em dispositivos spintrônicos futuros que operam abaixo das escalas de tempo de picossegundos.

"A influência do aquecimento ultrarrápido da rede após a fotoexcitação infravermelha foi amplamente investigada até agora. No entanto, esta é a primeira vez que os papéis da rede e das transições eletrônicas na anisotropia magnética ultrarrápida foram claramente distinguidos em escalas de tempo de femtossegundos, "dizem os autores.

Uma vez que os compostos de metal de transição que contêm elementos de terras raras estão entre os ímãs mais amplamente usados ​​no mundo moderno, Espera-se que o esquema demonstrado aqui abra o caminho para uma nova rota não térmica para o controle ultrarrápido da dinâmica de spin em uma importante classe de materiais.