Los científicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) junto con colegas de Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) y la Universidad de Virginia han encontrado una manera de escribir y eliminar imanes en una aleación utilizando un rayo láser. un efecto sorprendente. La reversibilidad del proceso abre nuevas posibilidades en los campos del procesamiento de materiales, tecnología óptica, y almacenamiento de datos.

Investigadores del HZDR, un laboratorio de investigación alemán independiente, Estudió una aleación de hierro y aluminio. Es interesante como material prototipo porque los cambios sutiles en su disposición atómica pueden transformar completamente su comportamiento magnético. "La aleación posee una estructura muy ordenada, con capas de átomos de hierro que están separadas por capas atómicas de aluminio. Cuando un rayo láser destruye este orden, los átomos de hierro se acercan y comienzan a comportarse como imanes, "dice el físico de HZDR Rantej Bali.

Bali y su equipo prepararon una fina película de la aleación sobre magnesia transparente a través de la cual se iluminó la película con un rayo láser. Cuando ellos, junto con investigadores del HZB, Dirigió un rayo láser bien enfocado con un pulso de 100 femtosegundos (un femtosegundo es una millonésima de mil millonésima de segundo) a la aleación, se formó un área ferromagnética. Disparar pulsos de láser en la misma área de nuevo, esta vez con una intensidad de láser reducida, se utilizó para eliminar el imán.

Con un solo pulso de láser a intensidad reducida, se retuvo aproximadamente la mitad del nivel anterior de magnetización, y con una serie de pulsos láser, la magnetización desapareció por completo. Estas observaciones se realizaron en el sincrotrón Bessy II de HZB utilizando un microscopio que despliega rayos X suaves para estudiar el contraste magnético.

El científico pudo aclarar qué sucede en la aleación durante este proceso. Las simulaciones de los colegas estadounidenses muestran que el estado ferromagnético se forma cuando el pulso láser ultracorto calienta el material de película delgada hasta el punto de que se derrite desde la superficie hasta la interfaz de magnesia. A medida que la aleación se enfría, se convierte en un líquido sobreenfriado, permaneciendo fundido a pesar de que la temperatura ha caído por debajo del punto de fusión.

Este estado es el resultado de la falta de sitios de nucleación, lugares microscópicos donde los átomos pueden comenzar a organizarse en una red. A medida que los átomos se mueven en el estado sobreenfriado en busca de sitios de nucleación, la temperatura sigue bajando. Finalmente, los átomos en el estado sobreenfriado deben formar una red sólida, y como en un juego de sillas musicales, los átomos de hierro y aluminio terminan atrapados en posiciones aleatorias dentro de la red. El proceso toma solo unos pocos nanosegundos, y la disposición aleatoria de los átomos produce un imán.

El mismo láser a una intensidad reducida reorganiza los átomos en una estructura bien ordenada. El disparo láser más débil derrite solo capas delgadas de la película, creando una piscina fundida asentada sobre la aleación sólida. Dentro de un nanosegundo después de derretirse, y tan pronto como la temperatura descienda por debajo del punto de fusión, la parte sólida de la película comienza a crecer, y los átomos se reorganizan rápidamente desde la estructura líquida desordenada hasta la red cristalina. Con la celosía ya formada y la temperatura aún siendo lo suficientemente alta, los átomos poseen suficiente energía para difundirse a través de la red y separarse en capas de hierro y aluminio. Doctor. el estudiante Jonathan Ehrler resume:"Para escribir áreas magnéticas, tenemos que fundir el material desde la superficie hasta la interfaz, mientras que para borrarlo, sólo necesitamos derretir una fracción ".

En experimentos posteriores, los científicos ahora quieren investigar este proceso en otras aleaciones ordenadas. También quieren explorar el impacto de una combinación de varios rayos láser. Los efectos de interferencia podrían usarse para generar materiales magnéticos con patrones en áreas extensas. "Los cambios notablemente fuertes en las propiedades del material pueden dar lugar a algunas aplicaciones interesantes, ", reconoce Bali. Los láseres se utilizan para muchos propósitos diferentes en la industria, por ejemplo en el procesamiento de materiales. Este descubrimiento también puede abrir nuevas vías en tecnologías ópticas y de almacenamiento de datos.