Banbrytande ny metod för att läsa magnetiska tillstånd med ultrakorta terahertz-ljuspulser

Forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) och TU Dortmund University har nyligen utvecklat en banbrytande metod för att läsa magnetiska tillstånd med ultrakorta terahertz-ljuspulser, vilket möjliggör extremt snabba dataåtkomsthastigheter1 4 7.

Traditionellt har magnetiska tillstånd lästs med elektriska pulser, vars hastighet är begränsad. Den nya metoden använder istället terahertz-strålning, en typ av ljus med våglängder mellan infraröd och mikrovågsstrålning. Dessa terahertz-pulser genererar ultrasnabba elektriska strömmar som möjliggör avläsning av magnetiska strukturer på picosekundskala (en biljon dels sekund), vilket är långt snabbare än dagens teknik1 4.

Tekniken bygger på fenomenet ”unidirectional spin Hall magnetoresistance” (USMR). När terahertz-pulser träffar ett tunt tvålagersmaterial (ett magnetiskt lager av kobolt eller järn-nickellegering och ett icke-magnetiskt metallager av platina, tantal eller volfram), uppstår kortlivade elektriska strömmar. Elektronerna ordnar sig enligt sin intrinsiska spinnriktning och skapar en spinnström vinkelrätt mot lagren. Vid gränssnittet mellan lagren samlas elektroner med specifik spinnorientering snabbt, och beroende på spinnens riktning och det undre lagrets magnetisering ändras gränssnittets elektriska resistans ultrasnabbt. Detta möjliggör nästan omedelbar avläsning av magnetiseringens riktning1 4 7.

En annan viktig aspekt är att terahertz-pulserna efter passage genom materialet oscillerar med dubbla frekvensen jämfört med den ursprungliga pulsen (”second harmonic”). Genom att noggrant mäta dessa oscillationer kan forskarna avgöra magnetiseringens riktning inom picosekunder1 4.

Denna upptäckt kan revolutionera datahantering och lagring genom att erbjuda betydligt snabbare och effektivare metoder än dagens hårddiskar, som är begränsade till några hundra megabyte per sekund7 8. Forskarna arbetar redan på att även kunna skriva magnetiska data med samma teknik, vilket ytterligare skulle öka potentialen för framtidens ultrasnabba minnesenheter1 4 5.

Även om tekniken fortfarande befinner sig i ett tidigt forskningsstadium, finns stor potential för framtida kommersiella tillämpningar inom telekommunikation och databehandling. För detta krävs dock utveckling av mer kompakta källor för korta terahertz-pulser samt effektiva sensorer för analys1 4 5.