Una de las tareas más importantes de las tecnologías de la información modernas es controlar las direcciones de giro de los imanes. Las unidades de disco duro de última generación y el almacenamiento magnético de gran volumen que se utilizan en los centros de datos requieren magnetización en sólidos para cambiar sus direcciones en nanosegundos. correspondiente a la frecuencia de GHz, o incluso velocidades más rápidas. Una demanda cada vez mayor de velocidad de escritura ha llevado a los investigadores a realizar una investigación exhaustiva en técnicas ópticas que utilizan pulsos de láser de femtosegundos.

Cuando es muy corto, pulsos de láser intensos en el rango de longitud de onda del infrarrojo cercano se absorben en imanes, se produce un intercambio de energía complejo entre la electrónica, enrejado, y sistemas de centrifugado, resultando en la modificación de la anisotropía magnética. Comprender cómo tales transferencias de energía internas entre subsistemas después de la fotoexcitación ultrarrápida dan como resultado el cambio de anisotropía magnética es crucial para la implementación de una grabación magnética eficiente y ultrarrápida. llegando más allá de los picosegundos o incluso femtosegundos en el futuro.

En este trabajo, investigadores de la Universidad de Konstanz, La Universidad de Tokio, y la Universidad de Osaka han demostrado que la fotoexcitación de los grados de libertad electrónicos y de celosía en escalas de tiempo de femtosegundos da como resultado evoluciones temporales claramente diferentes de la anisotropía magnética en el ferromagnet débil prototípico Sm _0,7 Er _0,3 FeO ₃ .

Esta orthoferrita de tierras raras exhibe una llamada transición de reorientación de giro (SRT) en la que se produce un cambio de la dirección de giro a una temperatura crítica. Irradiando la muestra con un intenso, Pulso láser de infrarrojo medio de femtosegundos sintonizado resonantemente a una frecuencia de fonón y sondeando la dinámica de giro ultrarrápida debido a la reorientación de giro, Se encontró que el SRT se presentaba con un inicio tardío. Aquí, la termalización relativamente lenta de la red cristalina limita la dinámica de espín. A diferencia de, al excitar la transición electrónica 4f del Sm de tierras raras ³⁺ iones, Se encontró que la dinámica SRT comenzó de inmediato.

Este resultado indica que la anisotropía magnética se altera mediante un cambio puramente electrónico sin emitir un calor excesivo al sistema de celosía. Los datos indican que la velocidad de esta modificación de anisotropía ultrarrápida alcanza una escala de tiempo de decenas de femtosegundos, mucho más rápido que la dinámica de espín en sí. Por lo tanto, El bombeo electrónico 4f puede permitir la "activación" ultrarrápida de la conmutación de magnetización en futuros dispositivos espintrónicos que operen por debajo de escalas de tiempo de picosegundos.

"La influencia del calentamiento de celosía ultrarrápido después de la fotoexcitación infrarroja se ha investigado ampliamente hasta ahora. Sin embargo, esta es la primera vez que los roles de la red y las transiciones electrónicas en la anisotropía magnética ultrarrápida se han distinguido claramente en escalas de tiempo de femtosegundos, "dicen los autores.

Dado que los compuestos de metales de transición que contienen elementos de tierras raras se encuentran entre los imanes más utilizados en el mundo moderno, Se espera que el esquema que se muestra aquí allane el camino para una nueva ruta no térmica hacia el control ultrarrápido de la dinámica de espín en una clase importante de materiales.