Устройства магнитного хранения, в которых для перезаписи используется только лазерное излучение без внешнего магнитного поля, считают весьма перспективными в условиях быстрого роста количества цифровой информации. Учёные из Берлинского Центра Гельмгольца (Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB) в своей новой статье, вышедшей в Scientific Reports, смогли ответить на ряд остававшихся неразрешенными вопросов о фундаментальных механизмах функционирования таких устройств.

В частности, им впервые удалось эмпирически установить, что нагрев материала энергией лазерного луча играет важную роль в переключении направления намагниченности, и что для изменений в материале нужны определённые условия.

Учёные HZB вместе с представителями Свободного университета Берлина и Регенсбургского университета изучали происходящие в тонком слое магнитного материала микроскопические процессы в сверхвысоком разрешении, облучая его лазерным светом с круговой поляризацией. Для этого луч фемтосекундного инфракрасного лазера направляли на пленку нанометровой толщины, состоящую из сплава металлов тербия и железа (TbFe).

Первый автор статьи, Ашима Арора (Ashima Arora), особо подчёркивает, что диаметр сфокусированного пятна лазерного света составлял всего три микрона, что значительно меньше, чем в предыдущих экспериментах. Благодаря этому на рентгеновских изображениях магнитных доменов в сплаве TbFe, полученных с использованием источника синхротронного излучения BESSY II, можно различать детали с характерным размером всего 30 нм.

Эксперименты показали, что в круговом участке материала внутри лазерного пятна существовавшая намагниченность полностью стирается тепловой энергией падающего света, а снаружи она остаётся в первоначальном состоянии.

При этом в кольцевой пограничной зоне возникает распределение температур, облегчающее изменение намагниченности путём перемещения границ доменов. Именно там, как утверждает Арора, происходит переключение магнитных свойств, которое и делает возможным перезапись хранящихся данных.

Неожиданным открытием стала высокая зависимость переключения намагниченности от изменения толщины облучаемого материала в диапазоне 10–20 нм. По мнению авторов, такой результат можно объяснить наличием двух разных конкурирующих механизмов в процессе перезаписи. Для подтверждения этой гипотезы требуются дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования.