Исследователи рассмотрели обычный магнитный сплав железа и родия (FeRh), который демонстрирует изменение как в своей структуре, так и в магнетизме при нагревании чуть выше комнатной температуры. При комнатной температуре FeRh не имеет чистой намагниченности из-за своей антиферромагнитной природы, но при нагревании чуть выше комнатной температуры материал становится ферромагнетиком.

Исследователи обнаружили, что FeRh претерпевает переход в свою ферромагнитную фазу в три этапа:

• возбуждение лазерным импульсом индуцирует большое количество крошечных магнитных доменов в материале
• намагниченность всех доменов выровнена в одном конкретном направлении
• отдельные домены растут и сливаются в один большой домен, о котором можно сказать, что материал претерпел переход в свою ферромагнитную фазу.

Знание различных этапов и соответствующих им временных масштабов при индуцировании четко определенной намагниченности с помощью светового импульса дает возможность использовать FeRh в технологии хранения данных ближайшего будущего.

Например, FeRh можно использовать в качестве носителя для магнитной записи с нагреванием (HAMR) — технологии, использующей как внешнее тепло, так и локальные магнитные поля для хранения информации с гораздо более высокой плотностью битов — крошечных магнитных областей, в которых хранится информация.

Физик доктор Раджасекар Медапалли из Ланкастерского университета говорит, что «понимание деталей различных стадий, связанных с быстрым появлением намагниченности в материале, помогает ученым в разработке сверхбыстрых и энергоэффективных магнитных технологий хранения данных».

Исследование включало использование интенсивных ультракоротких лазерных импульсов для быстрого нагревания FeRh с помощью кратковременного искусственного стимула, длящегося всего квадриллионную долю секунды. При взаимодействии с материалом лазерный импульс повышал температуру на несколько сотен градусов по Цельсию за время менее миллиардной доли секунды.

В течение долгого времени исследователи физики конденсированных сред стремились использовать это сверхбыстрое тепло и иметь возможность контролировать магнитный фазовый переход в FeRh, но экспериментально обнаружить этот переход было непросто.

Чтобы решить эту проблему, ученые использовали тот факт, что изменяющаяся во времени намагниченность создает изменяющееся во времени электрическое поле в среде, которая должна действовать как источник излучения. Испускаемое излучение несет чувствительную информацию о своем происхождении, т. е. об изменяющейся во времени намагниченности образца.

Исследователи использовали новый метод спектроскопии с временным разрешением с двойной накачкой, разработанный в Университете Радбауд. Они использовали два лазерных импульса для двойной накачки: первый лазерный импульс служит сверхбыстрым нагревателем, а второй помогает генерировать электрическое поле . Обнаружив это поле через несколько промежутков времени между двумя лазерными импульсами, исследователи смогли увидеть, как быстро в материале появляется намагниченность.