{"id":23,"date":"2019-10-18T10:32:28","date_gmt":"2019-10-18T08:32:28","guid":{"rendered":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/?page_id=23"},"modified":"2020-10-03T14:52:57","modified_gmt":"2020-10-03T12:52:57","slug":"badania","status":"publish","type":"page","link":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/pl\/badania\/","title":{"rendered":"Badania"},"content":{"rendered":"

Zimny ultraszybki zapis fotomagnetyczny w przezroczystej warstwie dielektryka<\/strong><\/p>\n

Znalezienie nowych mechanizm\u00f3w zapisu i przetwarzania informacji, przy jak najmniejszym zu\u017cyciu energii i jednocze\u015bnie jak najwi\u0119kszej szybko\u015bci, jest jednym z fundamentalnych wyzwa\u0144 dla wsp\u00f3\u0142czesnej fizyki \u0142\u0105cz\u0105cej obszary optyki i magnetyzmu. Zademonstrowana zosta\u0142a nowa metoda [1] wykorzystuj\u0105ca wy\u0142\u0105cznie pojedynczy femtosekundowy impuls laserowy do zapisu (a tak\u017ce odczytu) w przezroczystej warstwie dielektrycznego granatu. Zmiana polaryzacji liniowej impulsu pozwala prze\u0142\u0105czy\u0107 magnetyzacj\u0119, zapisuj\u0105c stan \u20180\u2019 lub \u20181\u2019 w spos\u00f3b powtarzalny i odwracalny.<\/p>\n

Wynik ten osi\u0105gni\u0119to dzi\u0119ki zastosowaniu do zapisu cienkiej warstwy granatu itrowo-\u017celazowego domieszkowanego jonami kobaltu (YIG:Co), b\u0119d\u0105cego ferrimagnetycznym dielektrykiem. Jony kobaltu w tym granacie s\u0105 odpowiedzialne za silne sprz\u0119\u017cenie momentu magnetycznego elektronu z momentem p\u0119du jego ruchu orbitalnego, tzw. spr\u0119\u017cenie spinowo-orbitalne. \u015awiat\u0142o liniowo spolaryzowane mo\u017ce skutecznie zmieni\u0107 ruch orbitalny elektron\u00f3w w jonach, tym samym zmieniaj\u0105c kierunek momentu magnetycznego. Zjawisko odpowiedzialne za te zmiany, jest tak zwany efekt fotomagnetyczny, obecno\u015b\u0107 kt\u00f3rego ju\u017c w temperaturze pokojowej zademonstrowano w warstwach granat\u00f3w w ko\u0144c\u00f3wce XX wieku w Zak\u0142adzie Fizyki Magnetyk\u00f3w Uniwersytetu w Bia\u0142ymstoku.<\/p>\n

Metoda ta pozwala na najszybszy znany dotychczas proces zapisu i odczytu informacji, w czasie oko\u0142o 20 ps. Ten czas jest praktycznie 1000 razy kr\u00f3tszy ni\u017c w najszybszych obecnie pami\u0119ciach typu RAM. Temperatura no\u015bnika w trakcie zapisu wzrasta zaledwie o 1 stopie\u0144 Celsjusza. Pozwoli to rozwi\u0105za\u0107 wiele problem\u00f3w zwi\u0105zanych z odprowadzaniem ciep\u0142a i zu\u017cyciem energii przez systemy pami\u0119ci. Przy zapisie 1 bitu informacji system zu\u017cywa\u0142by niewiele energii – nawet 10 000 razy mniej ni\u017c najnowsza technologia pami\u0119ci STT-MRAM, i nawet miliard razy mniej ni\u017c obecne dyski HDD. Ju\u017c teraz mo\u017cna wi\u0119c stwierdzi\u0107, \u017ce nowa metoda bije nie tylko rekordy szybko\u015bci, ale te\u017c wydajno\u015bci.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

[1] A. Stupakiewicz, K. Szerenos, D. Afanasiev, A. Kirilyuk, A. V. Kimel, \u201cUltrafast nonthermal photo-magnetic recording in a transparent medium\u201d, Nature 542, 71 (2017).   http:\/\/dx.doi.org\/10.1038\/nature20807<\/a>
\n<\/a><\/p>\n

Nowe mo\u017cliwo\u015bci fotomagnetycznego zapisu 3D<\/strong><\/p>\n

Unikalne w\u0142a\u015bciwo\u015bci \u015bwiat\u0142a umo\u017cliwiaj\u0105 ultraszybki i energooszcz\u0119dny spos\u00f3b przesy\u0142ania danych cyfrowych w sieciach optycznych, natomiast magnetyzm pozwala budowa\u0107 najta\u0144sze, najpojemniejsze i najbardziej niezawodne pami\u0119ci. Te wyj\u0105tkowe cechy spowodowa\u0142y rosn\u0105ce zainteresowanie naukowc\u00f3w prowadzeniem bada\u0144 podstawowych wraz z poszukiwaniem materia\u0142\u00f3w do magnetycznego zapisu informacji wy\u0142\u0105cznie za pomoc\u0105 \u015bwiat\u0142a. Ostatnie odkrycie zespo\u0142u fizyk\u00f3w z Bia\u0142egostoku prezentuje metod\u0119 najszybszego i najbardziej wydajnego zimnego zapisu fotomagnetycznego z wykorzystaniem pojedynczego femtosekundowego impulsu laserowego w przezroczystej warstwie granatu z domieszk\u0105 jon\u00f3w kobaltu [1]. Wynik ten w spos\u00f3b naturalny wywo\u0142a\u0142 pytanie o regu\u0142ach wyboru, polegaj\u0105cych na wyznaczeniu optymalnej d\u0142ugo\u015bci fali, polaryzacji i nat\u0119\u017cenia \u015bwiat\u0142a dla zapisu fotomagnetycznego.<\/p>\n

Wyniki bada\u0144 demonstruj\u0105 now\u0105 koncepcj\u0119 selektywnego prze\u0142\u0105czenia magnetyzacji w kom\u00f3rkach kobaltu o r\u00f3\u017cnej symetrii (tetraedrycznej lub oktaedrycznej) w krysztale granatu [2]. Mechanizm pozwalaj\u0105cy na zapis jest zwi\u0105zany z niezwykle efektywnym rezonansowym wzbudzeniem optycznym okre\u015blonych przej\u015b\u0107 elektronowych w warstwie granatu. Ta unikalna cecha ods\u0142ania nowe mo\u017cliwo\u015bci fotomagnetycznego zapisu 3D oraz ultraszybkiego optycznego przesy\u0142ania informacji w systemach telekomunikacyjnych. Z szacowa\u0144 wynika, \u017ce nawet jeden foton mo\u017ce prze\u0142\u0105czy\u0107 magnetyzacj\u0119 kom\u00f3rek kobaltu o obj\u0119to\u015bci 28 nm3<\/sup> (w terabajtowych dyskach HDD zapisywana kom\u00f3rka bitowa ma obj\u0119to\u015b\u0107 oko\u0142o 4000 nm3<\/sup>).<\/p>\n

Znalezienie nowych magnetycznych materia\u0142\u00f3w dielektrycznych lub heterostruktur metal\/dielektryk, w kt\u00f3rych magnetyzacja prze\u0142\u0105cza si\u0119 za pomoc\u0105 ultrakr\u00f3tkich impuls\u00f3w laserowych w szerokim zakresie spektralnym, b\u0119dzie kluczowe dla przysz\u0142ej technologii zimnego ultraszybkiego zapisu fotomagnetycznego.\"\"<\/p>\n

[2] Stupakiewicz, K. Szerenos, M. D. Davydova, K. A. Zvezdin, A. K. Zvezdin, A. Kirilyuk, A. V. Kimel, „Selection rules for all-optical magnetic recording in iron garnet”, Nature Comm. 10, 612 (2019).<\/a><\/p>\n

Magnetooptyczne techniki eksperymentalne:<\/strong><\/p>\n

    \n
  1. Magnetooptyczna magnetometria<\/strong>\"\"<\/li>\n<\/ol>\n

    Do pomiar\u00f3w proces\u00f3w magnesowania oraz anizotropii zbudowano uk\u0142ad magnetooptyczny (MOKE) w konfiguracji polarnej P-MOKE (wi\u0105zka \u015bwiat\u0142a padaj\u0105ca prostopadle do p\u0142aszczyzny pr\u00f3bki) oraz p\u0142aszczyznowej (wi\u0105zka \u015bwiat\u0142a ustawiona pod pewnym k\u0105tem): pod\u0142u\u017cnej L-MOKE i poprzecznej T-MOKE. Zautomatyzowano ca\u0142y proces pomiarowy w oparciu o oryginalne programy LabView, przy pomocy kt\u00f3rych sterowano precyzyjnym skanowaniem zogniskowanej wi\u0105zki \u015bwiat\u0142a na powierzchni pr\u00f3bki, obrotem pr\u00f3bki oraz amplitud\u0105 i kierunkiem zewn\u0119trznego pola magnetycznego. W trakcie pomiar\u00f3w, w czasie rzeczywistym, program przeprowadza\u0142 wst\u0119pn\u0105 analiz\u0119 podstawowych parametr\u00f3w krzywych histerez. Lokalne badania krzywych histerez z koherentn\u0105 rotacj\u0105 wektora magnetyzacji w zewn\u0119trznym polu magnetycznym da\u0142y mo\u017cliwo\u015b\u0107 okre\u015blenia sta\u0142ych anizotropii magnetycznej na podstawie wyznaczenia warto\u015bci pola efektywnego.<\/p>\n

      \n
    1. Generacja drugiej harmonicznej <\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

      \"\"<\/p>\n

      Do bada\u0144 efekt\u00f3w nieliniowych zbudowano uk\u0142ad spektroskopii magnetooptycznej generacji drugiej harmonicznej (ang. magnetization-sensitive second harmonic generation – MSHG). Efekt MSHG nie wyst\u0119puje w uk\u0142adach centrosymetrycznych, natomiast przejawia si\u0119 bardzo silnie tam, gdzie istnieje za\u0142amanie symetrii, tak jak np. na powierzchniach lub interfejsach uk\u0142ad\u00f3w warstwowych. Do obserwacji efektu MSHG zastosowano impulsowe \u015bwiat\u0142o (80 MHz) femtosekundowe z wykorzystaniem r\u00f3\u017cnych kombinacji stan\u00f3w polaryzacji \u015bwiat\u0142a padaj\u0105cego (Pin<\/sub> i Sin<\/sub>) i odbitego (Pout<\/sub> i Sout<\/sub>) od pr\u00f3bki. Istotn\u0105 zalet\u0105 tego efektu jest mo\u017cliwo\u015b\u0107 detekcji sygna\u0142u pochodz\u0105cego od wk\u0142adu krystalograficznego powierzchni oraz magnetycznego pod wp\u0142ywem zewn\u0119trznego pola magnetycznego z przestrzenn\u0105 rozdzielczo\u015bci\u0105 w szerokim zakresie spektralnym.<\/p>\n

        \n
      1. Ultraszybka dynamika pump-probe
        \n<\/strong><\/li>\n<\/ol>\n

        \"\"<\/p>\n

        Uk\u0142ad magnetooptyczny jest oparty na technice impulsowego \u015bwiat\u0142a spolaryzowanego z wykorzystaniem femtosekundowego lasera i oscylatora parametrycznego do bada\u0144: ultraszybkich proces\u00f3w magnesowania, spektroskopii liniowych i nieliniowych efekt\u00f3w optycznych i magnetooptycznych oraz obrazowania rozk\u0142ad\u00f3w magnetyzacji w skali czasowej. Zasada dzia\u0142ania uk\u0142adu polega na technice stroboskopowej „pump-probe” w kt\u00f3rej \u015bwiat\u0142o wykorzystano nie tylko do detekcji procesu magnesowania (magnetooptyka), ale r\u00f3wnie\u017c do jego wzbudzania. Zastosowanie uk\u0142adu z czasow\u0105 rozdzielczo\u015bci\u0105 w oparciu o lini\u0119 opo\u017anienia optycznego pozwala uzyska\u0107 dok\u0142adno\u015b\u0107 pomiarow\u0105 na poziomie 0.7 fs (co odpowiada 0.1um op\u00f3\u017anienia impulsu optycznego). Detekcja magnetooptyczna w konfiguracji Kerra lub Faradaya daje mo\u017cliwo\u015b\u0107 wyznaczenia warto\u015bci skr\u0119cenia (wielko\u015b\u0107 proporcjonalna do sk\u0142adowej magnetyzacji) w funkcji czasu. Wykorzystanie oscylatora parametrycznego pozwala na przeprowadzenie bada\u0144 spektroskopowych dla wi\u0105zki \u015bwiat\u0142a wzbudzaj\u0105cego b\u0105d\u017a pr\u00f3bkuj\u0105cego.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

        Zimny ultraszybki zapis fotomagnetyczny w przezroczystej warstwie dielektryka Znalezienie nowych mechanizm\u00f3w zapisu i przetwarzania informacji, przy jak najmniejszym zu\u017cyciu energii i jednocze\u015bnie jak najwi\u0119kszej szybko\u015bci, jest jednym z fundamentalnych wyzwa\u0144 dla wsp\u00f3\u0142czesnej fizyki \u0142\u0105cz\u0105cej obszary optyki i magnetyzmu. Zademonstrowana zosta\u0142a … Czytaj dalej →<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"ngg_post_thumbnail":0,"footnotes":""},"categories":[],"tags":[],"class_list":["post-23","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/23","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=23"}],"version-history":[{"count":6,"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/23\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":217,"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/23\/revisions\/217"}],"wp:attachment":[{"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"http:\/\/labfiz.uwb.edu.pl\/lab\/and\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}