來自比勒費爾德大學，烏普薩拉大學，斯特拉斯堡大學，上?？萍即髮W，馬克斯·普朗克聚合物研究所，蘇黎世聯(lián)邦理工學院和柏林自由大學的國際物理學家團隊已經開發(fā)出一種精確的方法來測量超快變化材料中的磁性狀態(tài)。他們通過觀察必然伴隨著這種磁化變化的太赫茲輻射的發(fā)射來做到這一點。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。

磁存儲器不僅通過縮小磁位的大小來獲得越來越大的容量，而且還在變得越來越快。原則上，磁性位可以翻轉，即可以在不到1皮秒的極快時間范圍內將其狀態(tài)從一改變?yōu)榱?，反之亦然。一皮?1 ps = 10 -12 s)是一百萬分之一秒的百萬分之一。這可以使磁存儲器以太赫茲(1 THz = 1 x 10 12 Hz)的開關頻率工作，這對應于每秒極高的太比特(Tbit / s)數(shù)據(jù)速率。

比勒費爾德大學物理學教授，這項研究的負責人德米特里·圖爾琴諾維奇博士解釋說：“實際的挑戰(zhàn)是要能夠足夠快速，靈敏地檢測到這樣的磁化強度變化。” “現(xiàn)有的超快方法磁力計均具有某些明顯的缺點，例如僅在超高真空條件下操作，無法對封裝材料進行測量等。我們的想法是使用電動力學的基本原理。這表明，材料磁化強度的變化必須導致發(fā)出包含有關該磁化強度變化的全部信息的電磁輻射。如果材料中的磁化強度在皮秒級的時間范圍內變化，則發(fā)出的輻射將屬于太赫茲頻率范圍。問題是，這種輻射被稱為“磁偶極子發(fā)射”，非常微弱，很容易被其他來源的光所掩蓋。”

張文濤，博士 德米特里·圖爾奇諾維奇教授的實驗室學生，發(fā)表論文的第一作者說：“這花了我們很多時間，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力學。 ：封裝的鐵納米膜。”

在他們的實驗中，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，他們正在收集在這種消磁過程中發(fā)出的太赫茲光。對這種太赫茲發(fā)射的分析得出了鐵膜中磁態(tài)的精確時間演變。

Dmitry Turchinovich繼續(xù)說道：“分析完成后，我們意識到實際看到的東西遠遠超出了我們的預期。” “一段時間以來，人們已經知道鐵在被激光照射時會很快退磁。但是我們還看到了一個相當小的磁化動力學信號，但信號非常清晰。這讓我們所有人都很興奮。該信號很簡單：當鐵膜吸收了激光后，不僅被消磁，而且還變成了鐵。眾所周知，大多數(shù)材料在變熱時都會膨脹-鐵納米膜的這種膨脹在我們的樣品結構內發(fā)出了太赫茲超聲脈沖。這種聲音脈沖在內部和外部的樣本邊界之間來回反彈，就像一個大大廳的墻壁之間的回聲一樣。而且，每次回聲穿過鐵納米膜時，聲音的壓力都會使鐵原子稍微移動一點，這進一步削弱了材料中的磁性。”在如此超快的時間尺度上，從未見過這種效應。

“我們很高興看到如此清晰的聲驅動超快磁化信號，而且信號強度如此之高。令人驚訝的是，用波長小于1毫米的太赫茲輻射檢測到這種信號效果很好，因為鐵膜的膨脹僅為數(shù)十飛米(1 fm = 10 -15m)縮小了十個數(shù)量級，”領導這項研究的理論部分的烏普薩拉大學物理學教授Peter M. Oppeneer博士說。PeterM. Oppeneer的同事Pablo Maldonado博士對解釋這項工作中的觀察結果至關重要的數(shù)值計算補充說：“我發(fā)現(xiàn)極為令人興奮的是，實驗數(shù)據(jù)與我們的第一原理理論計算幾乎完美匹配。這證實了我們的超快太赫茲磁力測定的實驗方法確實非常準確并且也足夠靈敏，因為我們能夠清楚地區(qū)分不同來源的超快磁信號：電子和聲學。”

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