O compartilhamento de informações em tempo real requer redes complexas de sistemas. Uma abordagem promissora para acelerar os dispositivos de armazenamento de dados consiste em alternar a magnetização, ou o spin dos elétrons, de materiais magnéticos com pulsos ultracurtos de laser de femtossegundos. Mas, como o spin evolui no nanomundo em escalas de tempo extremamente curtas, em um milionésimo de um bilionésimo de segundo, permanece em grande parte misterioso. A equipe do professor François Légaré do Institut national de la recherche scientifique (INRS) fez um grande avanço neste campo, em colaboração com a TU Wien, Áustria, a instalação síncrotron nacional francesa (SOLEIL) e outros parceiros internacionais. Seu trabalho foi publicado na revista Optica.
Até agora, os estudos sobre o assunto dependem fortemente de grandes instalações de raios-X de acesso limitado, como lasers de elétrons livres e síncrotrons. A equipe demonstra, pela primeira vez, um microscópio de raios-X macio ultrarrápido de mesa para resolver espaço-temporalmente a dinâmica de rotação dentro de materiais de terras raras, que são promissores para dispositivos spintrônicos.
Esta nova fonte de raios X suave baseada em um laser de itérbio de alta energia representa um avanço crítico para o estudo de futuros dispositivos spintrônicos de alta velocidade e eficiência energética e pode ser usado para muitas aplicações em física, química e biologia.
“Nossa abordagem fornece uma solução elegante robusta, econômica e escalável em energia para muitos laboratórios. Ela permite o estudo de dinâmicas ultrarrápidas em estruturas de nanoescala e mesoescala com resoluções espaciais nanométricas e temporais de femtossegundos, bem como com a especificidade do elemento,” diz o professor Andrius Baltuska, da TU Wien.
Pulsos de raios-X brilhantes para assistir a rotação
Com esta fonte brilhante de fótons de raios-X, uma série de imagens instantâneas das estruturas magnéticas de terras raras em nanoescala foram registradas. Eles expõem claramente o processo de desmagnetização rápida e os resultados fornecem informações ricas sobre as propriedades magnéticas que são tão precisas quanto as obtidas usando instalações de raios-X em grande escala.
“O desenvolvimento de fontes ultrarrápidas de raios X de mesa é empolgante para aplicações tecnológicas de ponta e campos modernos da ciência. Estamos entusiasmados com nossos resultados, que podem ser úteis para pesquisas futuras em spintrônica, bem como em outros campos potenciais”, diz o INRS pesquisador de pós-doutorado, Dr. Guangyu Fan.
“Os sistemas de terras raras estão em alta na comunidade por causa de seu tamanho nanométrico, velocidade mais rápida e estabilidade topologicamente protegida. A fonte de raios X é muito atraente para muitos estudos sobre futuros dispositivos spintrônicos compostos de terras raras”, diz Nicolas Jaouen, cientista sênior na instalação síncrotron nacional francesa.
O professor Légaré destaca o trabalho colaborativo entre especialistas no desenvolvimento de fontes de luz de última geração e dinâmicas ultrarrápidas em materiais magnéticos em nanoescala. “Considerando o rápido surgimento da tecnologia de laser de itérbio de alta potência, este trabalho representa um enorme potencial para fontes de raios X suaves de alto desempenho. Esta nova geração de lasers, que estará disponível em breve na Advanced Laser Light Source (ALLS), têm muitas aplicações futuras para os campos da física, química e até biologia”, diz ele.
Publicado em 26/04/2022 16h01
Artigo original:
Estudo original: