Lazer darbeleri, elektronların ultra hızlı aktarımı yoluyla mıknatıslanmayı nasıl manipüle edebilir?

Lazer darbeleri, elektronların ultra hızlı aktarımı yoluyla mıknatıslanmayı nasıl manipüle edebilir?
Yazıyı beğendiyseniz lütfen Paylaşın


Lazer darbeleri, elektronların ultra hızlı aktarımı yoluyla mıknatıslanmayı nasıl manipüle edebilir?

Şekil 1: Bir CoPt alaşımındaki manyetik atomların elektron rezervuarlarının basit resmi. Kobalt’ta (Co), Co atomlarının etrafındaki aşağı doğru dönen elektronların (kırmızı) sayısı, yukarı doğru dönen elektronlardan (mavi) önemli ölçüde daha düşüktür. Sonuç olarak, daha fazla spin-aşağı elektron almak için kullanılabilir alan daha büyüktür. Optik uyarma ile tetiklenen eğirme elektronları, Platinum’dan (Pt) ilgili rezervuarı dolduran ve Co’da demanyetizasyona yol açan Co bölgelerine (OISTR işlemi) aktarılabilir. Pt atomlarında, yüksek spin nedeniyle -orbit kuplaj gücü, optik uyarmadan sonra zaten ilk 10-100 femtosaniye içinde verimli spin-flipler, hızla aşağı ve spin-up elektron sayısını dengeleyebilir. Kredi bilgileri: Fig. MBI

Deneyi ve teoriyi birleştiren Max Born, Doğrusal Olmayan Optik ve Kısa Nabız Spektroskopisi Enstitüsü (MBI) ve Max Planck Mikroyapı Fiziği Enstitüsü’nden araştırmacılar, lazer darbelerinin atomlar arasındaki elektronların ultra hızlı aktarımı yoluyla manyetikleşmeyi nasıl değiştirebileceğini çözdüler.

Nanometre-ince manyetik malzeme filmleri manyetizmadaki temel problemleri incelemek için ideal test substratlarıdır. Bu tür ince manyetik filmler önemli teknolojik uygulamalara sahiptir, örneğin, bulut veri depolama merkezlerinde kullanılan manyetik kütle veri depolama cihazlarında kullanılırlar. Mevcut teknolojide, bu ince filmlerde mıknatıslanma manyetik alanlar yoluyla manipüle edilmektedir, ancak lazer darbeleri kullanılarak mıknatıslanmayı etkilemek de mümkündür. Süresi sadece birkaç on femto saniye olan ultrashort ışık darbelerine maruz kaldığında (1 femtosaniye = saniyenin milyarda birinin 1 milyonda biri), lazer noktasının altındaki mıknatıslanma değişir. Basit sistemlerde, bu değişiklik genellikle mıknatıslanma büyüklüğünde basit bir azalmaya karşılık gelir. Bununla birlikte, daha karmaşık malzeme sistemlerinde, ışık atımı da mıknatıslanmayı kalıcı olarak tersine çevirebilmektedir. Bu gibi durumlarda, bilim adamları bariz potansiyel uygulamalarla tamamen optik mıknatıslanma geçişinden bahseder. Bu anahtarlama işleminin dikkate değer hızı henüz anlaşılamamıştır. Bu nedenle, dünyadaki araştırma grupları femtomanyetizmanın altında yatan mikroskobik süreçleri araştırmaktadır.

Berlin’deki Max Born Enstitüsü’nden ve Halle’deki Max Planck Mikroyapı Fiziği Enstitüsü’nden araştırmacılar, deneysel ve teorik çalışmaları birleştirerek, şimdi son zamanlarda tahmin edilen optik siteler arası dönüş taşımacılığı (OISTR) adı verilen yeni bir mikroskobik sürece tanık oldular. İşlem, bir katı içinde farklı tiplerdeki uygun atomlar bitişik olduğunda meydana gelebilir. Uygun koşullar altında, bir ışık darbesi, bir atomdan komşusuna elektronların yer değiştirmesini tetikler. Önemli olarak, bu, ağırlıklı olarak belirli bir spin yönelimli elektronlarla olur ve bu nedenle lokal mıknatıslanmayı etkiler. Bu işlem optik uyarma sırasında gerçekleşir ve ikincil mekanizmalara bağlı değildir. Bu nedenle, manyetizmada ışığa bağlı bir değişikliğe yol açan hayal edilebilecek en hızlı süreçtir.

Mıknatıslanmış bir katı içindeki bir atomun, farklı bir dereceye kadar doldurulmuş ayrı spin-up ve spin-down elektron rezervuarlarına sahip olduğu resmedilebilir. Bir CoPt alaşımında birbirlerinin komşuları olan bir Kobalt (Co) ve Platinum (Pt) atomu için, bu Şekil 1’de çizilmiştir. (Kırmızı ve mavi olarak çizilmiş) spin-up ve spin-down elektron sayısındaki fark ) atomun mıknatıslanma miktarını belirler. Mıknatıslanma azalırsa, iki spin tipinin sayısı eşitlenmelidir. Her iki rezervuarı bir atomda düzleştirmek için iyi bilinen bir işlem, örneğin, bir spin-aşağı elektronun, mavi kovadan kırmızı kovaya bir sıçrama ile temsil edilen bir spin-up elektrona dönüştüğü bir spin-flip’dir. Şekil 1. Bu spin-dönüşler baskın olarak Pt gibi ağır atomlarda meydana gelir, burada spin elektronun hareketine özellikle duyarlıdır – fizikçiler büyük bir spin-yörünge bağlantısından bahseder. Bu döndürerek çevirme işleminde yayılan açısal momentum, katıdaki tüm atom dizisi tarafından emilir.

Lazer darbeleri, elektronların ultra hızlı aktarımı yoluyla mıknatıslanmayı nasıl değiştirebilir?
Şekil 2: Bir Co filmi (sarı) ve bir CoPt alaşımı (mavi) için 60.3 eV’lik bir foton enerjisinde Co rezonansındaki helisiteye bağlı emilimin ölçülen (a) ve hesaplanan (b) ultra hızlı değişiklikleri. Sağ dairesel olarak polarize radyasyon probları, ağırlıklı olarak, aşağıya doğru dönen elektronların mesleklerindeki göreli değişimlerdir. Emilimin azaltılması, sonuç olarak, Co’nun boşta bulunan aşağı-inme durumlarının ultra hızlı ve verimli bir şekilde doldurulmasının doğrudan bir ölçüsüdür. Bu dolgu, Pt. Kredi bilgileri: MBI

Dergide yayınlanan bu çalışmada Doğa İletişimiaraştırmacılar saf bir Co katmanı ve bir CoPt alaşımı olmak üzere iki model sistemi araştırdı. Ekip, lazer darbesinin uyarılmasından sonra yumuşak X-ışınlarının ultrashort darbelerinin kontrollü dalga boyu ve polarizasyon ile emilimini izledi ve deneysel bulgularını Şekil 2’de gösterildiği gibi teorik hesaplamalarla karşılaştırdı. Bu şekilde, spinli elektron sayısındaki değişiklikler lazer darbesi tarafından tetiklenen yukarı-aşağı ve spin-aşağı Co ve Pt atomları için ayrı ayrı incelenebilir.

Sadece Co atomları (Şekil 2’de sol paneller) içeren basit sistem ile hem Co hem de Pt atomları (sağ paneller) içeren alaşım arasındaki karşılaştırma, teorik hesaplamalar tarafından bağımsız olarak tahmin edilen absorpsiyon davranışında belirgin farklılıklar gösterir. Bu farklılıklar, CoPt alaşımında olduğu gibi, farklı komşu atom türleri arasında elektronların aktarıldığı ek bir işlem gerçekleşebilir.

Lazer darbesi nedeniyle, katı içindeki elektronlar Pt atomlarından Co atomlarına aktarılır. Bunların tercihen aşağı doğru eğilen elektronlar olduğu ortaya çıkmaktadır, çünkü alıcı Co bölgesinde aşağı doğru eğilen elektronlar için birçok boş durum mevcuttur. Co atomunda, aktarılan elektronlar, bu nedenle, aşağı çekme elektronlarının seviyesini arttırır (Şekil 2’de kırmızı), bu da onu yukarı çekme rezervuarına daha benzer hale getirir ve böylece Co atomunun manyetik momentini azaltır. Pt ve Co arasındaki bu OISTR işlemine, Pt atomlarında lokal olarak elektron rezervuarlarının döndürme döndürmeleri yoluyla bir seviyeleme eşlik eder. Bu spin-flip, büyük spin-yörünge kuplajı sergileyen ağır Pt atomlarında etkili bir şekilde ve daha hafif Co atomlarında çok daha az bir ölçüde gerçekleşir.

Çalışmanın ayrıntılı sonuçları, optik siteler arası spin taşıması yoluyla manyetikleşmeyi optik olarak manipüle etme yeteneğinin, önemli ölçüde ilgili atomların spin-up ve spin-down elektronları için mevcut durumlara bağlı olduğunu göstermektedir. Bu durumlar, doğru atom türlerini yeni malzemelerle bir araya getirerek uyarlanabilir. Mıknatıslanmanın optik manipülasyonunda yer alan mikroskobik mekanizmaların anlaşılması, böylece yeni fonksiyonel manyetik malzemelerin rasyonel bir tasarımına giden yolu açar ve lazer darbeleri yoluyla mıknatıslanmanın ultra hızlı kontrolüne izin verir.


Ferrimanyetlerde lazerle çalışan spin dinamikleri: Açısal momentum nasıl akar?


Kaynak

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir