來(lái)自比勒費(fèi)爾德大學(xué)，烏普薩拉大學(xué)，斯特拉斯堡大學(xué)，上?？萍即髮W(xué)，馬克斯·普朗克聚合物研究所，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和柏林自由大學(xué)的國(guó)際物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種精確的方法來(lái)測(cè)量超快變化材料中的磁性狀態(tài)。他們通過(guò)觀察必然伴隨著這種磁化變化的太赫茲輻射的發(fā)射來(lái)做到這一點(diǎn)。他們的題為“超快太赫茲磁法”的研究今天在《自然通訊》上發(fā)表。

磁存儲(chǔ)器不僅通過(guò)縮小磁位的大小來(lái)獲得越來(lái)越大的容量，而且還在變得越來(lái)越快。原則上，磁性位可以翻轉(zhuǎn)，即可以在不到1皮秒的極快時(shí)間范圍內(nèi)將其狀態(tài)從一改變?yōu)榱?，反之亦然。一皮?1 ps = 10 -12 s)是一百萬(wàn)分之一秒的百萬(wàn)分之一。這可以使磁存儲(chǔ)器以太赫茲(1 THz = 1 x 10 12 Hz)的開(kāi)關(guān)頻率工作，這對(duì)應(yīng)于每秒極高的太比特(Tbit / s)數(shù)據(jù)速率。

比勒費(fèi)爾德大學(xué)物理學(xué)教授，這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人德米特里·圖爾琴諾維奇博士解釋說(shuō)：“實(shí)際的挑戰(zhàn)是要能夠足夠快速，靈敏地檢測(cè)到這樣的磁化強(qiáng)度變化。” “現(xiàn)有的超快方法磁力計(jì)均具有某些明顯的缺點(diǎn)，例如僅在超高真空條件下操作，無(wú)法對(duì)封裝材料進(jìn)行測(cè)量等。我們的想法是使用電動(dòng)力學(xué)的基本原理。這表明，材料磁化強(qiáng)度的變化必須導(dǎo)致發(fā)出包含有關(guān)該磁化強(qiáng)度變化的全部信息的電磁輻射。如果材料中的磁化強(qiáng)度在皮秒級(jí)的時(shí)間范圍內(nèi)變化，則發(fā)出的輻射將屬于太赫茲頻率范圍。問(wèn)題是，這種輻射被稱(chēng)為“磁偶極子發(fā)射”，非常微弱，很容易被其他來(lái)源的光所掩蓋。”

張文濤，博士 德米特里·圖爾奇諾維奇教授的實(shí)驗(yàn)室學(xué)生，發(fā)表論文的第一作者說(shuō)：“這花了我們很多時(shí)間，但最終我們成功地精確地隔離了這種磁偶極太赫茲發(fā)射，這使我們能夠可靠地重建樣品中的超快磁化動(dòng)力學(xué)。 ：封裝的鐵納米膜。”

在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將非常短的激光脈沖發(fā)送到鐵納米膜上，從而使它們很快退磁。同時(shí)，他們正在收集在這種消磁過(guò)程中發(fā)出的太赫茲光。對(duì)這種太赫茲發(fā)射的分析得出了鐵膜中磁態(tài)的精確時(shí)間演變。

Dmitry Turchinovich繼續(xù)說(shuō)道：“分析完成后，我們意識(shí)到實(shí)際看到的東西遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的預(yù)期。” “一段時(shí)間以來(lái)，人們已經(jīng)知道鐵在被激光照射時(shí)會(huì)很快退磁。但是我們還看到了一個(gè)相當(dāng)小的磁化動(dòng)力學(xué)信號(hào)，但信號(hào)非常清晰。這讓我們所有人都很興奮。該信號(hào)很簡(jiǎn)單：當(dāng)鐵膜吸收了激光后，不僅被消磁，而且還變成了鐵。眾所周知，大多數(shù)材料在變熱時(shí)都會(huì)膨脹-鐵納米膜的這種膨脹在我們的樣品結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)出了太赫茲超聲脈沖。這種聲音脈沖在內(nèi)部和外部的樣本邊界之間來(lái)回反彈，就像一個(gè)大大廳的墻壁之間的回聲一樣。而且，每次回聲穿過(guò)鐵納米膜時(shí)，聲音的壓力都會(huì)使鐵原子稍微移動(dòng)一點(diǎn)，這進(jìn)一步削弱了材料中的磁性。”在如此超快的時(shí)間尺度上，從未見(jiàn)過(guò)這種效應(yīng)。

“我們很高興看到如此清晰的聲驅(qū)動(dòng)超快磁化信號(hào)，而且信號(hào)強(qiáng)度如此之高。令人驚訝的是，用波長(zhǎng)小于1毫米的太赫茲輻射檢測(cè)到這種信號(hào)效果很好，因?yàn)殍F膜的膨脹僅為數(shù)十飛米(1 fm = 10 -15m)縮小了十個(gè)數(shù)量級(jí)，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的理論部分的烏普薩拉大學(xué)物理學(xué)教授Peter M. Oppeneer博士說(shuō)。PeterM. Oppeneer的同事Pablo Maldonado博士對(duì)解釋這項(xiàng)工作中的觀察結(jié)果至關(guān)重要的數(shù)值計(jì)算補(bǔ)充說(shuō)：“我發(fā)現(xiàn)極為令人興奮的是，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與我們的第一原理理論計(jì)算幾乎完美匹配。這證實(shí)了我們的超快太赫茲磁力測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方法確實(shí)非常準(zhǔn)確并且也足夠靈敏，因?yàn)槲覀兡軌蚯宄貐^(qū)分不同來(lái)源的超快磁信號(hào)：電子和聲學(xué)。”

該出版物的其余合著者將其獻(xiàn)給了其同事以及斯特拉斯堡大學(xué)的Eric Beaurepaire博士，以紀(jì)念他們的同事以及超快磁性領(lǐng)域的先驅(qū)。他是這項(xiàng)研究的發(fā)起人之一，但在研究的最后階段去世了。