Magnétisation par impulsion laser

  • Une équipe de chercheurs a découvert qu'un alliage de fer peut être magnétisé par des impulsions laser ultracourtes.
  • Les chercheurs ont également constaté que le phénomène se produit avec une autre classe de matériaux, ce qui élargit les possibilités d'application.
  • Cette découverte ouvre la voie à des applications potentielles telles que la fabrication de capteurs magnétiques et le stockage de données magnétiques. De furthermore, cela pourrait jouer un rôle dans le développement de la spintronique pour l'informatique du futur.

Pour magnétiser un clou en fer, il suffit de caresser plusieurs fois sa surface avec un barreau aimanté. Il existe cependant une méthode beaucoup plus inhabituelle : une équipe dirigée par le Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a découvert il y a quelque temps qu’un specific alliage de fer pouvait être magnétisé avec des impulsions laser ultracourtes. Les chercheurs se sont désormais associés au Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) pour approfondir leurs recherches sur ce processus. Ils ont découvert que le phénomène se produit également avec une autre classe de matériaux, ce qui élargit considérablement les perspectives d’application potentielles. Le groupe de travail présente ses conclusions dans la revue scientifique Superior Useful Supplies (DOI : 10.1002/adfm.202311951).

La découverte inattendue a été faite en 2018. Lorsque l’équipe HZDR a irradié une great couche d’un alliage fer-aluminium avec des impulsions laser ultracourtes, le matériau non magnétique est soudainement devenu magnétique. L’explication : Les impulsions laser réorganisent les atomes dans le cristal de telle manière que les atomes de fer se rapprochent et forment ainsi un aimant. Les chercheurs ont ensuite pu démagnétiser à nouveau la couche avec une série d’impulsions laser plus faibles. Cela leur a permis de découvrir un moyen de créer et d’effacer de minuscules « points magnétiques » sur une floor.

Cependant, l’expérience pilote a laissé certaines queries sans réponse. “Il n’était pas clair si l’effet se produisait uniquement dans l’alliage fer-aluminium ou également dans d’autres matériaux”, explique le physicien du HZDR, le Dr Rantej Bali. “Nous voulions également essayer de suivre la development temporelle du processus.” Pour approfondir ses recherches, il s’est associé au Dr Theo Pflug du LHM et à des collègues de l’Université de Saragosse en Espagne.

Flip book avec impulsions laser

Les gurus se sont concentrés spécifiquement sur un alliage fer-vanadium. Contrairement à l’alliage fer-aluminium avec son réseau cristallin régulier, les atomes de l’alliage fer-vanadium sont disposés de manière furthermore chaotique, formant une structure amorphe semblable à du verre. Afin d’observer ce qui se passe lors d’une irradiation laser, les physiciens ont utilisé une méthode spéciale : la méthode pompe-sonde.

“Nous irradions d’abord l’alliage avec une forte impulsion laser, qui magnétise le matériau”, explique Theo Pflug. “Simultanément, nous utilisons une seconde impulsion, additionally faible, qui se reflète sur la floor du matériau.”

L’analyse de l’impulsion laser réfléchie donne une sign sur les propriétés physiques du matériau. Ce processus est répété plusieurs fois, l’intervalle de temps entre la première impulsion de « pompe » et l’impulsion de « sonde » suivante étant continuellement prolongé.

En conséquence, une série temporelle de données de réflexion est obtenue, ce qui permet de caractériser les processus déclenchés par l’excitation laser. “L’ensemble de la procédure est similaire à la création d’un flip reserve”, explique Pflug. “De même, une série d’images individuelles qui s’animent lorsqu’elles sont vues en succession rapide.”

Fusion rapide

Le résultat : bien qu’il ait une framework atomique différente de celle du composé fer-aluminium, l’alliage fer-vanadium peut également être magnétisé au laser. “Dans les deux cas, le matériau fond brièvement au stage d’irradiation”, explique Rantej Bali. “Cela amène le laser à effacer la framework précédente, de sorte qu’une petite zone magnétique soit générée dans les deux alliages.”

Un résultat encourageant : apparemment, le phénomène ne se limite pas à une framework matérielle spécifique mais peut être observé dans divers arrangements atomiques.

L’équipe match également la dynamique temporelle du processus : « Au moins, nous savons désormais à quelle échelle de temps quelque chose se produit », explique Theo Pflug. “En quelques femtosecondes, l’impulsion laser excite les électrons du matériau. Plusieurs picosecondes additionally tard, les électrons excités transfèrent leur énergie aux noyaux atomiques.”

Par conséquent, ce transfert d’énergie provoque le réarrangement en une framework magnétique, qui est stabilisée par le refroidissement rapide ultérieur. Dans des expériences de suivi, les chercheurs visent à observer exactement comment les atomes se réorganisent en examinant le processus de magnétisation avec des rayons X intenses.

Le cap sur les candidatures

Bien qu’ils n’en soient qu’à leurs débuts, ces travaux fournissent déjà de premières idées d’applications possibles : par exemple, il est envisageable de placer de minuscules aimants sur la surface d’une puce by means of un laser. “Cela pourrait être utile pour la manufacturing de capteurs magnétiques sensibles, comme ceux utilisés dans les véhicules”, spécule Rantej Bali. “Il pourrait également trouver des applications possibles dans le stockage de données magnétiques.”

De furthermore, le phénomène semble pertinent pour un nouveau form d’électronique, à savoir la spintronique. Ici, les signaux magnétiques devraient être utilisés pour les processus informatiques numériques au lieu des électrons passant à travers des transistors comme d’habitude – offrant ainsi une approche possible de la technologie informatique du futur.