Une équipe internationale a réussi à Bessy II pour la première fois pour élucider comment les impulsions de courant polarisées à la rotation ultra-rapides peuvent être caractérisées par la mesure de la démagnétisation ultra-rapide dans un système de couche magnétique dans les premières centaines dessosecondes.
Publié dans la revue Communications de la natureles résultats sont utiles pour le développement d'appareils spintronic qui permettent un traitement et un stockage plus rapides et plus économes en énergie. La collaboration concernait des équipes de l'Université de Strasbourg, HZB, Uppsala University et plusieurs autres universités.
Les composants spintroniques ne sont pas basés sur des charges mobiles, mais sur les changements dans l'orientation des moments magnétiques, tels que les spins d'électrons. Les dispositifs basés sur le rotation peuvent donc fonctionner extrêmement rapidement, actuellement sur des échelles de temps allant jusqu'à cent picosecondes. Cependant, les processus microscopiques eux-mêmes fonctionnent beaucoup plus rapidement, dans la gamme de quelques centaines de Femtosecondes.
Les couches magnétiques forment une vanne de spin
Maintenant, une équipe internationale dirigée par le professeur Christine Boeglin, Université de Strasbourg, a été en mesure d'observer expérimentalement certains de ces processus dynamiques particulièrement intéressants dans un système de couche magnétique pour la première fois. Ils ont étudié une soi-disant soupape de spin composée de couches alternées de platine-cobalt et d'une couche d'alliage de fer-gadolinium.
Dans ce système, les interactions entre les électrons (chaudes) et les couches magnétiques excités sont particulièrement forts. Le premier auteur Deeksha Gupta et ses collègues ont mené les expériences à la station de Femtosling de Bessy II avec l'équipe HZB qui exploite cette infrastructure unique mondiale.
Avec un laser infrarouge à Femtoseconde (IR), ils ont généré des électrons chauds (il) dans une couche supérieure de platine (PT). Une couche de cuivre épaisse (Cu, 60 nm) garantit que seules les impulsions atteignent la couche CO / Pt à l'avant de la soupape de spin, qui agissait comme un polariseur de spin, générant des impulsions polarisées de spin (sph).
La ligne de faisceau de la semtosling offre des options uniques
L'équipe a pu caractériser ces impulsions SPHE en analysant la dynamique de démagnétisation au sein du FE74Gd26 couche ferrimagnétique à l'extrémité de la vanne de spin.
Pour ce faire, ils ont utilisé des méthodes qui ne sont disponibles que dans cette combinaison chez Bessy II: « Grâce aux capacités uniques de la ligne de faisceau fémtoslictrice à Bessy II, nous pouvons sonder séparément la dynamique de spin ultrafast pour chaque composant d'un système d'échantillon complexe », explique le scientifique HZB Christian Schüßler-Langeheine.
L'équipe a utilisé des impulsions à rayons X mous ultrads (~ 100 fs) réglées sur des résonances d'atomes de fer et de gadolinium a enregistré leurs réactions dynamiques respectives aux impulsions de la sphe.
Avec l'aide de modèles théoriques développés par une équipe dirigée par O. Eriksson à l'Université d'Uppsala, il a été possible de déterminer les paramètres cruciaux des impulsions actuelles de SPHE, en particulier la durée du pouls, la direction de polarisation de spin et les densités actuelles nécessaires pour reproduire les résultats expérimentaux.
Deeksha Gupta, qui a réalisé les expériences dans le cadre de son doctorat, a maintenant rejoint HZB en tant que chercheur postdoctoral, où elle continuera d'explorer des matériaux magnétiques. Elle dit: « Il s'agit d'un domaine en développement rapide. Pour la première fois, nous avons vraiment pu éclairer le comportement des courants de spin dans des matériaux magnétiques complexes. Cela pourrait ouvrir la voie à des développements technologiques plus rapides. »
