Magnetisering tager længere tid end afmagnetisering

Nye fund fra grundlæggende forskning er vigtige for computerindustrien

Justering af fs-laser til magnetiseringsdynamikeksperimentet i FeRh (FEMTO-strålelinje ved SLS) © F. Reiser / Paul Scherrer Institut
læst op

Når metallegeringen jern-rhodium er magnetiseret, tager denne proces meget længere tid end den modsatte demagnetiseringsproces. Dette er nu blevet afsløret af et internationalt forskerteam i tidsskriftet Physical Review Letters.

Således foregår magnetismens struktur i to trin: først dannes små magnetiske regioner, men magnetfeltet i en tilfældig retning. Først da drejer disse områder i en fælles retning. De nye fund fra grundlæggende forskning er relevante for computerindustrien, sagde forskerne: De viste, hvilke processer der begrænsede egenskaberne for magnetisk datalagring, og hvor der var potentiale for forbedring.

Fænomenmagnetisme

Magnetisme er et af de fænomener, hvor mennesket oplever naturlige kræfter direkte. Børn kobler vogne på træbaner med magneter, voksne fastgørte sedler med magneter til køleskabet, og i elbiler satte magneter elektricitet i bevægelse. Fysikere er fascineret af magnetenes magt siden deres opdagelse i antikken og ønsker at forstå dem. For omkring 20 år siden opdagede de, hvor lang tid det tager at overføre et materiale fra magnetisk til ikke-magnetisk tilstand.

"Tændt for" den studerede magnetisme

Forskere fra schweiziske Paul Scherrer Institute (PSI) i Villigen har sammen med kolleger fra Tyskland og USA nu undersøgt den modsatte proces, det vil sige "tænde" på magnetisme. De var i stand til at vise, at det tager ca. 0, 3 milliarddele af et sekund, før metallegeringen jern-rhodium magnetiseres.

Dette er en relativt lang tid for forskerne. Fordi "tænde" for magnetisme tager 300 gange længere tid end at "slukke", som de kan bevise med deres eksperimenter. "Det er som at bygge et hus: Det tager mere tid at bygge et hus end at nedbryde det, " siger PSI-forsker Christoph Quitmann. Han indledte og ledede eksperimentet for fem år siden. udstilling

Magnetisering i to trin

Forskerne var ikke kun interesseret i, hvor hurtigt jernrodod skifter fra den ikke-magnetiske til den magnetiske tilstand, men også hvordan magnetismen bygger sig op i materialet. Hvert jernatom har en såkaldt spin, det opfører sig som en lille kompasnål. Et materiale er magnetisk, hvis alle disse spins peger i samme retning. Derefter samles deres magnetiske kraft og bliver målbar. At tænde for magnetisme er således processen med at bringe spins - eller atomiske kompasnåle - som har forskellige retninger i den umagnetiserede tilstand, i samme retning.

PSI-forskerne kunne vise, at magnetiseringsprocessen ikke forløber jævnt, for eksempel fra den ene side af materialeprøven til den anden eller fra midten til kanten, men i to faser. Magnetismen opstår samtidig, men uafhængigt af mange små områder i materialet, den såkaldte Dom nen. Senere vender Dom nen i en fælles retning.

I den første fase af den såkaldte nukleation, spin af hvert domæne i en tilfældig retning, kan magnetismen til to forskelligt justerede Dom nen derfor annullere. I den anden fase af den såkaldte genorientering roteres domænernes spins i en fælles fælles retning. Ifølge forskerne bliver magnetkraften således effektiv eksternt. Nukleationen forløber relativt hurtigt, den efterfølgende omorientering tager længere tid og bestemmer således den totale varighed af magnetiseringsprocessen.

Observation med røntgenstråler og laserstråler

Forskerne ved PSI brugte synchrotron lyskilde Schweiz SLS til deres undersøgelser. Dette er i princippet et meget kraftigt mikroskop, der tillader materielle undersøgelser i de mindste dimensioner. For at analysere magnetismen oplyste forskerne materialeprøven med en kort puls af en røntgenstråle. Dette afbøjes, når man rammer atomerne ("bøjet").

Fra graden af ​​distraktion beregner forskerne afstanden til atomer. Nu opvarmes materialeprøven med en laserpuls og derved magnetisk. For jern rhodium sker dette ved 120 C. Efter en kort tidsforsinkelse måler en anden røntgenpuls igen afstanden mellem atomerne. Dette er større i magnetisk tilstand. Med et sådant eksperimentelt opsætning kan forskerne observere, hvor hurtigt afstanden mellem atomerne øges og dermed straks forstå, hvor lang tid udviklingen af ​​magnetisme tager.

Mere end bare grundlæggende forskning

De nye fund kan også have stor betydning ud over grundlæggende forskning. Fordi hvor computerdata er gemt i lang tid, sker det magnetisk. For at udtømme lagerkapaciteten kræves materialer, hvor magnetiseringen finder sted så hurtigt som muligt.

Jern rhodium, som PSI-forskerne har arbejdet med, diskuteres for den næste generation af computerharddiske. "Vi undersøger, hvad de fysisk begrænsende processer er, når det gælder yderligere miniaturisering af datalagring eller øget hastighed, " siger PSI-forsker Quitmann.

Han og hans kolleger vil undersøge yderligere materialer til deres magnetiseringsegenskaber i fremtiden. Fra 2016 vil de udover SLS også bruge røntgenlaser SwissFEL, den nye, endnu mere kraftfulde store forskningsfacilitet på PSI, der i øjeblikket er under opførelse. (Physical Review Letters, 2012; DOI: 10.1103 / PhysRevLett.108.087201)

(Paul Scherrer Institute (PSI), 05.03.2012 - DLO)