Российские исследователи показали, что воздействие фемтосекундным лазерным импульсом позволяет изменять направление намагниченности синтетического мультиферроика. Этот эффект может оказаться полезен при создании устройств магнитной памяти нового поколения. Статья опубликована в журнале Physical Review Applied.

Синтетические мультиферроики представляют собой перспективные материалы для новых элементов магнитной записи информации, которые позволят повысить энергоэффективность, емкость накопителя и надежность хранения информации. Они состоят из двух связанных слоев: магнитного и сегнетоэлектрика, в котором упорядоченные электрические заряды создают электрическую поляризацию.

Мультиферроик обладает одновременно намагниченностью и электрической поляризацией. Слои связаны между собой явлением магнитоупругости: направление намагниченности можно изменить при помощи механического воздействия. В синтетическом мультиферроике электрическая поляризация вызывает механическую деформацию, которая задает направление намагниченности.

Мультиферроик может состоять из особых структур — магнитных доменов, внутри каждого намагниченность ориентирована независимо. Домены малого размера можно задействовать в качестве ячеек памяти в компьютерах нового поколения. Долгое время велись споры, возможно ли в них локально переключить намагниченность с помощью короткого лазерного импульса. Теперь поддержанная грантом Российского научного фонда команда российских ученых смогла ответить на этот вопрос.

«Оптический способ сверхбыстрого переключения намагниченности важен для реализации новых подходов к обработке и записи информации. Коллеги из Университета Аалто (Финляндия) приготовили для наших экспериментов синтетический мультиферроик, состоящий из магнитного слоя сплава кобальта, железа и бора (CoFeB) и слоя сегнетоэлектрика титаната бария (BaTiO3) с полосовыми доменами. Мы же впервые изучили экспериментально, как реагирует намагниченность в отдельных доменах такого мультиферроика на воздействие лазерным импульсом длительностью менее 200 фемтосекунд», — рассказывает один из авторов исследования, сотрудник Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН Леонид Шелухин.

Ученые обнаружили, что под воздействием фемтосекундного лазерного импульса в мультиферроике происходит очень быстрое и значительное ослабление магнитоупругой связи между его слоями (если сравнивать фемтосекунду с секундой, то это то же самое, как сравнить секунду с 30 миллионами лет). Ослабление приводит к тому, что намагниченность слоя CoFeB начинает быстро менять свое направление по определенной траектории. Такое изменение магнитоупругой связи сопряжено с почти мгновенным тепловым воздействием лазера. Этот нагрев имеет импульсный характер, то есть происходит очень быстро, поэтому нежелательное повышение температуры материала незначительно.