Ovládání nanometrových vrstev magnetu světlem

Objev českých fyziků na stránkách Nature Photonics a Nature Communications

Příprava kvalitních vrstev feromagnetických polovodičů nanometrových rozměrů představuje náročný vědecký a technologcký problém. V případě úspěchu ovšem tyto struktury otevírají zcela nové možnosti výzkumu základních fyzikálních jevů spojených s interakcí fotonů a magnetu a mohou umožnit nové způsoby manipulace magnetů v opto-elektronických součástkách na časových škálách kratších než jedna pikosekunda. Vědci ze společné Laboratoře opto-spintroniky Fyzikálního ústavu AV ČR a Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy připravili vysoce kvalitní vrstvy feromagnetického polovodiče (Ga,Mn)As a představili objev relativistického efektu umožňujícího manipulaci spinů v nano-magnetu krátkými laserovými pulsy. První část této vědecké práce byla publikována 29. 1. 2013 v časopise Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms2426) a druhá část 21. 4. 2013 v časopise Nature Photonics (DOI: 10.1038/NPHOTON.2013.76). Výzkum navazuje na nedávný objev vědců ze společné Laboratoře opto-spintroniky v oboru manipulace magnetů pomocí světla, který byl publikován v roce 2012 v časopise Nature Physics (DOI: 10.1038/NPHYS2279).

Pomocí elektrického proudu je možné vybudit rotaci vektoru magnetizace ve feromagnetu díky relativistickému spin-orbitálnímu efektu a tento nedávno pozorovaný jev se nazvá spin-orbit torque. Vedle pozoruhodné základní fyzikální podstaty je jev dnes intenzivně studován i proto, že nabízí nový způsob zápisu informace v magnetických operačních pamětech, od nichž se očekává, že umožní konstrukci počítačů s možností okamžitého zapínání a vypínání. Časové škály excitace pomocí proudem indukovaného spin-orbit-torque jsou nanosekundy. Fyzici ze společné Laboratoře opto-spintroniky pozorovali optickou variantu jevu, tzv. optical spin-orbit-torque, díky kterému se magnetizace ve feromagnetickém polovodiči excituje prostřednictvím foto-nosičů v časových škálách o mnoho řádů kratších.

Obrázek znázorňuje fyzikální princip jevu optical spin-orbit-torque.

„Naše práce kombinuje relativistickou kvantovou mechaniku s foto-efektem, což je jeden ze základních jevů v polovodičové opto-elektronice, a s jevem spin-torque, který je klíčový pro obor spintroniky a magnetických pamětí. Podařilo se nám tak najít nové spojení mezi základní fyzikou a těmito dvěma moderními obory výzkumu mikroelektroniky,“ říkají Petr Němec a Tomáš Jungwirth ze společné Laboratoře opto-spintroniky.

Experimentální pozorování optické excitace feromagnetického polovodiče krátkými lineárně-polarizovanými laserovými pulsy, které je umožněno tímto novým jevem.

Podrobné informace: Tomáš Jungwirth, Ph.D..