Hoppa till huvudinnehåll
Bild
Illustration
Illustration: Shreyas Muralidhar
Foto: Illustration tillhör Shreyas Muralidhar.
Länkstig

Nya möjligheter när spinnvågor studeras med ljusspridningsmikroskopi

Publicerad

Forskare vid Göteborgs universitet har nu som första forskargrupp lyckats använda ljusspridningsmikroskopi, BLS, för att studera spinnvågor skapade med femtosekundslasrar. Det innebär att möjligheterna att upptäcka och alstra spinnvågor ökar. Något som på sikt kan leda till att datorhårddiskar kan bli energieffektiva och få högre lagringskapacitet.

Sedan 1990-talet har opto-magnetisk programmering använts för att utveckla mer energieffektiva hårddiskar. Tekniken innebär att ultrakorta laserpulsar (femtosekundpulser) kan ändra magnetismens riktning i tunna magnetiska filmer. Men laserpulser har på senare tid också använts för att framställa magnetiska vågor, spinnvågor, som kan användas för att göra datorberäkningar. Forskningsområdet kallas för ”Magnonik” eftersom ett annat ord för spinnvågor är magnoner. Benämningen spinn syftar på en hypotetisk egenrotation som man tillskrev en elektriskt laddad partikel och som tänktes ge upphov till dess magnetiska moment.

Ett genombrott med den nya studien

Spinnvågor kan även studeras med en sorts ljusspridningsmikroskopi, så kallad Brillouin Light Scattering Microscopy, BLS. Men den tekniken är framför allt användbar när det finns gott om spinnvågor.

Det kan till exempel gälla spinnvågor som skapas kontinuerligt som funktion av temperaturen eller som skapats med mikrovågsantenner. Men den passar sämre för att studera spinnvågor skapade av laserpulser eftersom dessa klingar av efter bara några nanosekunder efter varje puls, säger Shreyas Muralidhar, huvudförfattare till den aktuella studien och forskare vid institutionen för fysik vid Göteborgs universitet.

I studien använde därför forskarna en femtosekundlaser med en mycket hög repetitionsfrekvens (1 GHz), vilket gjorde det möjligt för dem att generera kontinuerliga spinnvågor och inte bara korta spinnvågspulser.

Forskarna kunde nu genom just BLS-mikroskopi, studera både termiska spinnvågor och koherenta spinnvågor, som hade skapats av laserpulserna. Och de kunde undersöka spinnvågorna både individuellt och se hur dessa växelverkade.

Vi använde också vårt BLS-mikroskop för att kartlägga hur spinnvågornas utbredde sig i en magnetisk film och upptäckte då att under vissa förhållanden kunde X-formade spinnvågsmönster med olika öppningsvinklar genereras, säger Shreyas Muralidhar.

Kontakt: Shreyas Muralidhar, postdoc vid institutionen för fysik, Göteborgs universitet, shreyas.muralidhar@physics.gu.se, 076-785 18 86

Om forskningen

Forskningen utfördes av postdoc Shreyas Muralidhar och doktoranden Ademir Aleman  tillsammans med forskningsingenjören Ahmad Awad och med teoretiskt stöd från postdoktorerna Roman Khymyn och Mykola Dvornik. Forskningen drivs inom ramen för ett KAW-finansierat samarbete mellan forskargrupperna ledda av professorerna Johan Åkerman och Dag Hanstorp.
En del av arbetet presenterades nyligen av Shreyas Muralidhar i hans doktorsavhandling A Play of Light and Spins: Excitation and Detection of Non-linear Magnetization Dynamics using Light och pågående ytterligare studier kommer att läggas fram i Ademir Alemans doktorsavhandling i oktober 2021.

För mer information, se följande artiklar: Femtosecond laser pulse driven caustic spin wave beams S. Muralidhar, R. Khymyn, A. A. Awad, A. Alemán, D. Hanstorp, and J. Åkerman, Physical Review Letters 126, 037204 (2021) https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.037204

Frequency comb enhanced Brillouin microscopy A. Alemán, S. Muralidhar, A. A. Awad, J. Åkerman, and D. Hanstorp

Optics Express 28, 29540 (2020) https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28-20-29540&id=439823

Sustained coherent spin wave emission using frequency combs S. Muralidhar, A. A. Awad, A. Alemán, R. Khymyn, M. Dvornik, D. Hanstorp, and J. Åkerman

Physical Review B 101, 224423 (2020) https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.101.224423