物理学者は強磁性体のスピン栄養を測定します

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ビデオ: [高校物理] 電磁気 03①B 磁化と磁性 #物理のしっぽ 2022, 12月
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Anonim
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ヨーロッパの科学者は、強磁性体の章動運動を高精度で直接(刺激共鳴を使用して)検出し、その周波数と緩和時間を測定することに成功しました。効果自体は、最近、慣性項をLandau-Lifshitz-Hilbert方程式に導入することによって予測されました。これは、特に、磁気記憶媒体での強制ナノ秒スピンフリップのプロセスを説明しています。強磁性体のスピンダイナミクスで得られたデータは、超高速磁性の基本的なメカニズムに関する科学者の考えを広げるだけでなく、はるかにエネルギー効率が高く高速な磁気情報キャリアの作成につながる可能性があります。記事はジャーナルNaturePhysicsに掲載されました。

現在、多くの情報がハードドライブの薄膜材料に小さな磁気ビットの形で保存されています。このようなビットでは、ゼロと1の役割は、キャリア物質の原子の磁気モーメント(スピン)の配置によって果たされ、情報は、次のオーダーの時間スケールで作用する強力で高度に局所化された磁場によって記録されます。ナノ秒。このようなプロセスにおけるスピンのダイナミクスは、ランダウ-リフシッツ-ヒルベルト(LLG)方程式によって記述され、最近まで、この方程式には磁気ダイナミクスの物理学全体が含まれていると考えられていました。それにのみ基づいている。

しかし、1996年には、LLG方程式では記述できない数ピコ秒の時間スケールのスピンダイナミクス過程の存在が実験的に確認され、いわゆる超高速磁性を研究するための物理学の新しい方向性が生まれました。 。結果として生じる観測と理論の不一致を解決する方法の1つは、慣性項をLLG方程式に導入することでした。これにより、章動運動が発生します。これは、試行時のジャイロスコープの振動のように、標準の歳差運動軌道の近くで頻繁に振動します。それを不均衡にする。しかし、そのような現象の実験的測定では、物理学者は十分に高い周波数の磁場の十分な源を持っていませんでした。

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古典的なバージョン(1)および追加の慣性項(2)のLandau-Lifshitz-Hilbert方程式。

現在、センターのTELBEなど、総電荷の高い短電子ビームを加速する設備で、最大テラヘルツの周期磁場を発生させることが可能になりました。ドレスデンのヘルムホルツドレスデン-ロッセンドルフ。ストックホルム大学のKumarNeerajの研究の放射線源として機能したのはこのセットアップであり、彼は同僚と一緒に強磁性サンプルを照射し、極磁気光学カー効果によってそれらの刺激された共鳴を観察しました。物理学者は、すべてのサンプルで0.5〜0.6テラヘルツの周波数で共振を確認することができました。章動運動の振幅は、固有の磁気モーメントと外部の高周波磁気放射の相対位置に依存しています。効果は最大です。それらが垂直であるとき。科学者たちはまた、そのような振動の緩和時間を測定することに成功しました。これは10ピコ秒に等しいことが判明しました。

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LLG方程式に慣性項がない場合(a)とある場合(b)の磁気モーメントの振る舞いのモデリングの違い。

実験はまた、効果のいくつかの予想外の特徴を明らかにしました。したがって、章動周波数の値は、強磁性サンプルの結晶構造と化学組成に弱く依存することが判明しましたが、理論的予測では、スピン章動の性質が物質の構造に強く依存する可能性が示されました。さらに、観測された共振自体は予想よりも大幅に広いことが判明し、すべてのサンプルについても判明しました。研究者は、この影響が測定誤差の結果ではないことを確認しましたが、説明なしで残しました。最後に、測定された緩和時間は、強磁性共鳴の観察に関する分光実験で間接的に測定された値よりも1桁長いことが判明しましたが、研究の著者は、彼らの方法がより正確で現実的なデータ。

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(上から下へ)CoFeB、エピタキシャルNiFe、および多結晶NiFeの共鳴が見つかりました。左-実験値、右-理論的予測。

著者らはまた、検出された高周波磁気励起はスピン波モードによって引き起こされる可能性がないことにも注目しています。そのような共鳴を励起するためのサンプルの厚さが大きすぎました。これはすべて、科学者が強磁性体におけるスピン栄養の存在の直接的な実験的確認を実際に達成したことを示唆しています。物理学者は、観測された栄養につながる慣性の性質についてはまだ明確ではありませんが、得られたデータは、超高速磁性のメカニズムの性質をよりよく理解するのにすでに役立っており、より速く、より多くのエネルギーを作り出すためにも使用できます磁気情報記録のための効率的な技術。

原子のスピンダイナミクスの研究は、既存の記憶媒体の効率を改善するだけでなく、より容量の大きい類似体を作成するのにも役立ちます。最近、物理学者が1つの原子に2ビットを書き込む方法を見つけた方法について話しました。そして、情報記録の密度は、マイクロ波発生器の助けを借りて改善することができます。

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