Jak ocenia cytowany w komunikacie UwB kierownik zespołu badawczego, prof. Andrzej Stupakiewicz, postęp prac jest niezwykle efektywny i obiecujący pod kątem rozwoju nowych metod do zapisu informacji.

Badacze z Wydziału Fizyki podlaskiej uczelni odkryli w ostatnich latach wiele nowych mechanizmów wyjaśniających oddziaływania promieniowania laserowego z materią w ultrakrótkiej skali femtosekund (femtosekunda równa jest jednej biliardowej części sekundy). Badania dowiodły, że trwały zapis fotomagnetyczny w dielektrycznych warstwach granatów (kamieni syntetycznych imitujących diament) jest możliwy przy wykorzystaniu spolaryzowanych liniowo femtosekundowych impulsów laserowych. Zmiana polaryzacji impulsu prowadzi do odwracalnego przełączenia kierunku magnetyzacji, zapisując lub kasując odpowiednio stany binarne '0' oraz '1'.

"W kolejnych badaniach zaprezentowaliśmy, jak jeszcze bardziej wydajnie niż dotychczas można zapisać bity magnetyczne, a także skasować zapisaną informację, nie zmieniając kierunku polaryzacji światła" – tłumaczy prof. A. Stupakiewicz.

I właśnie tego dotyczy najnowsza publikacja na łamach "Nature Communications". Autorzy w swoich badaniach wykorzystali nowe warstwy granatów domieszkowanych kobaltem. Jak opisują, w warstwach tych kierunki magnetyzacji zostały zrównoważone energetycznie. Taka symetria pozwala uzyskać tzw. stan bistabilny, tak jak w zwykłym przełączniku elektrycznym.

Pierwszy w kolejności impuls z lasera (tak jak pierwsze kliknięcie przełącznika zapalające żarówkę) przełącza kierunek magnetyzacji, zapisując stan '1'. Natomiast kolejny identyczny impuls przełącza zwrotnie, do stanu pierwotnego '0' (podobnie jak drugie kliknięcie przełącznika, gaszące żarówkę). Tym samym uzyskuje się cykliczne przełączanie kierunku magnetyzacji bez zmiany polaryzacji światła, w sposób powtarzalny i odwracalny.

Z badań wynika, że rozpraszanie oraz czas przełączania są kilkukrotnie mniejsze, niż przy prezentowanych dotychczas metodach zapisu magnetycznego. Ponadto proces zapisu-kasowania bitów może być powtarzalny nieskończenie długo. Jak twierdzą autorzy publikacji, nowy mechanizm zwrotnego przełączania powoduje, że bity można zapisywać nawet z częstotliwością sięgającą 50 GHz i nie wymaga to dodatkowego układu zmieniającego polaryzację światła.

Wiodącym autorem publikacji w "Nature Communications" jest jeden z pierwszych doktorantów oraz absolwentów Szkoły Doktorskiej Nauk Ścisłych i Przyrodniczych UwB, dr Tomasz Zalewski. Dr Zalewski w marcu 2024 roku obronił z wyróżnieniem pracę doktorską pt. "Ultrafast coherent photo-magnetic switching in ferrimagnetic garnets", napisaną pod kierunkiem prof. Andrzeja Stupakiewicza.

Doktor zbudował stanowisko pomiarowe, umożliwiające wykonanie obrazowania stanów magnetyzacji w trakcie zapisu fotomagnetycznego. Rejestrował serię obrazów, z których każdy był uzyskiwany przy wykorzystaniu tylko jednego impulsu laserowego trwającego 50 femtosekund. Dzięki temu uzyskał wgląd w dynamikę ruchu magnetyzacji.

"Zademonstrowaliśmy rekordowo szeroki zakres temperatur, od -100 do +100 stopni Celsjusza, w których zapis magnetyczny jest stabilny. Ponadto osiągnęliśmy rekordowe parametry zapisu, kilkukrotnie poprawiając jego wydajność w porównaniu z innymi obecnie znanymi mechanizmami umożliwiającymi rejestrowanie danych" – podsumowuje dr Zalewski.

Dr Tomasz Zalewski jest absolwentem Politechniki Warszawskiej. W Katedrze Fizyki Magnetyków Wydziału Fizyki UwB został zatrudniony w wyniku konkursu, w ramach projektu TEAM finansowanego przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej (ze środków pochodzących z funduszy europejskich, z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój). Po obronie pracy doktorskiej wyjechał na kilkuletni staż podoktorski do Radboud University w Holandii.

Nauka w Polsce

kol/ zan/