В целях своего исследования ученые облучали две отдельные многослойные системы ультракороткими лазерными импульсами порядка ста фемтосекунд (10-15 с). Один образец состоял практически из одного тонкого слоя ферромагнитного никеля. Напротив, второй образец того же никелевого материала был покрыт немагнитным слоем золота. Слой золота толщиной всего лишь 30 нанометров (10-9 м) поглощал львиную долю лазерного света, так что практически никакой свет не достигал слоя никеля. Несмотря на это, намагниченность слоя никеля быстро рассеивалась вскоре после попадания лазерного импульса в каждый образец.
Однако в случае с образцом с золотым покрытием исследователи зафиксировали задержку в доли секунды. Наблюдения были основаны на измерениях, полученных с использованием фемтосекундных рентгеновских импульсов с круговой поляризацией в BESSY II, собственном берлинском кольце для хранения электронов, с помощью линии пучка фемтослайсинга..
«Это позволило нам экспериментально продемонстрировать, что во время этого процесса за сверхбыстрое размагничивание отвечает не сам свет, а горячие электроны, которые генерируются лазерным импульсом», - объясняет Андреа Эшенлор. Возбужденные электроны способны быстро перемещаться на короткие расстояния - подобно ультратонкому слою золота. При этом они также передают свой магнитный момент (свой «спин») слою ферромагнитного никеля, вызывая нарушение магнитного порядка последнего. «На самом деле мы надеялись увидеть, как мы можем влиять на вращение с помощью лазерного импульса», - объясняет доктор Кристиан Штамм, руководитель эксперимента.«Тот факт, что мы смогли напрямую наблюдать, как эти спины мигрируют, стал для всех полной неожиданностью».
Лазерные импульсы, таким образом, являются одной из возможностей генерировать «спиновые токи», когда вместо электрического заряда передается спин. Это наблюдение актуально для исследований в области спинтроники, где ученые разрабатывают новые устройства из магнитных слоистых систем, которые выполняют вычисления на основе спинов, а не электронов, что позволяет им очень быстро обрабатывать и хранить информацию, в то же время экономя энергию..
Доктор. Эшенлор завершила свою докторскую работу в HZB, в контексте которой она получила описанные выше результаты, в конце 2012 года. По состоянию на январь этого года д-р Эшенлор является научным сотрудником Университета Дуйсбург-Эссен.