Un proyecto de investigación conjunto de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), la Universidad de Siegen, Forschungszentrum Jülich, y el Elettra Synchrotron Trieste ha logrado un nuevo hito para el control ultrarrápido del magnetismo. El equipo internacional ha estado trabajando en configuraciones de magnetización que exhiben torsión quiral. La quiralidad es una ruptura de simetría, Qué ocurre, por ejemplo, en la naturaleza en moléculas que son esenciales para la vida. La quiralidad también se conoce como destreza manual, ya que las manos son un ejemplo cotidiano de dos elementos que, dispuestos en forma de espejo invertido, no pueden superponerse entre sí. Las configuraciones de magnetización con una quiralidad fija se investigan actualmente de forma intensiva debido a sus fascinantes propiedades, como una estabilidad mejorada y una manipulación eficiente por la corriente. Estas texturas magnéticas prometen aplicaciones en el campo de la espintrónica quiral ultrarrápida, por ejemplo en escritura ultrarrápida y control de objetos magnéticos topológicos quirales como skyrmions magnéticos, es decir., configuraciones de magnetización especialmente retorcidas con propiedades interesantes.

Los nuevos conocimientos publicados en Comunicaciones de la naturaleza arrojaron luz sobre la dinámica ultrarrápida después de la excitación óptica de estructuras de espín quirales en comparación con las estructuras de espín colineales. Según los hallazgos de los investigadores, el orden quiral se restaura más rápido en comparación con el orden colineal después de la excitación por un láser infrarrojo.

El equipo de investigación realizó experimentos de dispersión de rayos X de ángulo pequeño en muestras magnéticas de película delgada estabilizando configuraciones magnéticas quirales en la instalación de láser de electrones libres (FEL) FERMI en Trieste, Italia. La instalación brinda la posibilidad única de estudiar la dinámica de magnetización con una resolución de tiempo de femtosegundos mediante el uso de luz circular polarizada a la izquierda o polarizada a la derecha. Los resultados indican una recuperación más rápida del orden quiral en comparación con la dinámica del orden magnético colineal, lo que significa que los giros son más estables que las configuraciones magnéticas rectas.

La cooperación con los principales socios internacionales como piedra angular de una investigación exitosa

"Hemos trabajado en este experimento durante mucho tiempo. Ahora que sabemos que la dinámica ultrarrápida de las estructuras de espín quirales y colineales es diferente, podemos centrarnos en abordar la dependencia de la dinámica ultrarrápida de las propiedades del material, como la interacción Dzyaloshinskii-Moriya, una interacción que puede conducir a la estabilización de estructuras de espín quiral, "dijo Nico Kerber del Instituto de Física de la Universidad de Mainz, autor principal del artículo.

"Estamos especialmente agradecidos con nuestros colegas italianos que realizaron una parte del experimento durante el primer bloqueo del coronavirus en Europa. Estos escaneos adicionales fueron vitales para nuestro estudio y estamos felices de que el soporte de video y el envío de muestras por correo hayan funcionado aquí. Pero también estamos deseando poder realizar estos experimentos nuevamente en persona con nuestros colegas de FERMI, "añadió el profesor Christian Gutt de la Universidad de Siegen, autor correspondiente del artículo.

"Estoy muy feliz de ver el siguiente paso que se ha dado para permitir el uso de configuraciones de magnetización quiral en dispositivos espintrónicos novedosos. La colaboración internacional con instalaciones importantes como FERMI es crucial para permitir este trabajo. Colaboraciones como esta son la piedra angular de nuestra educación de posgrado programas y centros de investigación, "enfatizó el profesor Mathias Kläui de JGU, supervisor del primer autor y director del proyecto de excelencia Dinámica y Topología (TopDyn). "Fomentamos estas colaboraciones con financiación del Centro de Investigación Colaborativa CRC / TRR 173 Spin + X, los dos programas de posgrado en Ciencia de los Materiales en Mainz (MAINZ) y el Centro de Graduados Max Planck con la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (MPGC), y el área de investigación de TopDyn ".