Светом по спинам
Идея переключать полярность магнитов с помощью света не нова - еще в 2007 голландские ученые показали, что локальное нагревание лазерным лучом позволяет поменять полюсы микроскопических магнитов. Тогда получился некий сдвиг парадигмы - прежде учёные не верили возможность столь сильного воздействия света на внутреннюю структуру материала.
На днях международный коллектив ученых, в том числе работающих в России, объявил, что есть способ более совершенной манипуляции с магнитами - теперь лазер меняет плюс на минус вообще без нагревания.
Статья ученых об этом достижении опубликована в престижном Nature Communications, а сам метод открывает новые возможности для радикального усовершенствования компьютерных жестких дисков.
Снимок поверхности жесткого диска магнитно-силовым микроскопом
Исследователи работали с магнитными материалами - оксидами железа и ферритами. Им удалось показать что свет лазера определенной волны так возбуждает в них электроны, что обращает их полярность. «Упрощенно говоря, нам удалось с помощью света напрямую переключить спины электронов. Свет воздействует напрямую на механизмы обменного взаимодействия, напрямую на электронные оболочки, это не макроскопическое воздействие», - поясняет соавтор работы, главный научный сотрудник лаборатории оптических явлений в сегнетоэлектрических и магнитных кристаллах (также - в лаборатории физики ферроиков) ФТИ имени Иоффе Роман Писарев.
Магнетизм - явление, вызываемое упорядоченностью магнитных моментов отдельных атомов. Квантовая механика объясняет магнетизм существованием орбитального момента и спина у электронов и их взаимодействием - так называемым обменным взаимодействием, которое как раз и приводит к упорядочению. Управляя обменным взаимодействием, и соответственно спинами электронов, можно изменять магнитные свойства вещества.
«Мы проводили эксперименты в оксидах железа, в частности в гематите, - говорит руководитель работы Алексей Кимель. - Кристаллическая структура гематита является хорошей системой для изучения механизма явления, т.к. ионы железа хорошо отделены друг от друга ионами кислорода. Обменное взаимодействие все же происходит между ионами железа, т.к. они взаимодействуют через атомы кислорода. Возбуждая электроны кислорода световым импульсом, мы можем влиять на обменное взаимодействие между спинами железа и обращать их полярность».
Эффект переключения полюсов магнита без теплового эффекта может произвести революцию в хранении данных. В крупных дата-центрах сейчас большой проблемой является охлаждения. Так, Facebook планирует построить новый дата-центр в северной части Швеции именно из-за этой проблемы. «Если бы можно было хранить данные более «прохладным» способом, это обходилось бы сильно дешевле», - уточняет Кимель.
«Жесткие диски исчерпывают возможности своего развития, - добавляет Писарев. - Есть два направления усовершенствования. Первое - увеличение плотности записи, хотя это становится все сложнее. Другое направление менее развито - повышение скорости работы устройства. Наше исследование относится ко второму направлению».
Стоит отметить, что исследование во многом сделано выходцами из российской науки. « Алексей Кимель - из ФТИ, Михаил Кацнельсон - Уральское отделение РАН, школа академика Вонсовского, Ростислав Михайловский - из Нижнего Новгорода, Владимир Кругляк - донецкая школа. Из работающих в данный момент в России я один оказался», - рассказывает Писарев о «географии» исследования, которое с российской стороны проводилось в рамках мегагранта «Ферроики и гетероструктуры на их основе».
http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=106216#.VgLdxWcY5Iw