一个研究小组发现，超短激光脉冲可以磁化铁合金，这一发现在磁传感器技术、数据存储和自旋电子学方面具有巨大的应用潜力。要磁化铁钉，只需用一块磁铁在其表面敲击几次即可。 然而，还有一种更不寻常的方法：由亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫中心 (HZDR) 领导的团队不久前发现，某种铁合金可以用超短激光脉冲磁化。

研究人员现已与 Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) 合作，进一步研究这一过程。 他们发现这种现象也发生在不同类别的材料上，这显着拓宽了潜在的应用前景。 该工作组在科学杂志《先进功能材料》上发表了其研究结果。

这个意外的发现是在 2018 年做出的。当 HZDR 团队用超短激光脉冲照射铁铝合金薄层时，非磁性材料突然变得有磁性。 原理是激光脉冲重新排列晶体中的原子，使铁原子靠得更近，从而形成磁铁。 然后研究人员能够用一系列较弱的激光脉冲再次对该层进行消磁。 这使他们能够发现一种在表面上创建和擦除微小“磁点”的方法。

然而，试点实验仍然留下了一些悬而未决的问题。 HZDR 物理学家 Rantej Bali 博士解释说：“目前尚不清楚这种效应是否只发生在铁铝合金中，还是也发生在其他材料中。我们还想尝试跟踪该过程的时间进展。”

为了进一步研究，他与 LHM 的 Theo Pflug 博士和西班牙萨拉戈萨大学的同事合作。

专家们特别关注铁钒合金。与晶格规则的铁铝合金不同，铁钒合金中的原子排列更加混乱，形成非晶态的玻璃状结构。 为了观察激光照射时发生的情况，物理学家使用了一种特殊的方法：泵浦探针法。

“首先，我们用强激光脉冲照射合金，使材料磁化，”Theo Pflug 解释道。 “同时，我们使用在材料表面反射的第二个较弱的脉冲。”

对反射激光脉冲的分析提供了材料物理特性的指示。 这个过程重复几次，从而第一个“泵浦”脉冲和随后的“探测”脉冲之间的时间间隔不断延长。

结果，研究人员获得了反射数据的时间序列，这使得能够表征由激光激发触发的过程。 “整个过程类似于生成一本翻页书，”Pflug 说。 “同样，一系列单独的图像在快速连续观看时会产生动画效果。”

虽然铁钒合金的原子结构与铁铝化合物不同，但铁钒合金也可以通过激光磁化。 “在这两种情况下，材料都会在照射点短暂熔化，”Rantej Bali 解释道。 “这会导致激光擦除之前的结构，从而在两种合金中产生一个小的磁性区域。”

令人鼓舞的结果是，这种现象并不限于特定的材料结构，而是可以在不同的原子排列中观察到。

该团队还在跟踪该过程的时间动态：“至少我们现在知道在哪个时间尺度上发生了某些事情，在飞秒内，激光脉冲激发材料中的电子。 几皮秒后，激发的电子将能量转移到原子核。”

因此，这种能量转移导致重新排列成磁性结构，该结构通过随后的快速冷却而稳定下来。 在后续实验中，研究人员旨在通过使用强 X 射线检查磁化过程来准确观察原子如何重新排列。

尽管仍处于早期阶段，这项工作已经为可能的应用提供了初步的想法：例如，通过激光将微小的磁铁放置在芯片表面上是可以想象的。 Rantej Bali 推测：“这对于生产敏感磁传感器（例如车辆中使用的传感器）可能很有用。它还可以在磁性数据存储中找到可能的应用。”

此外，这种现象似乎与一种新型电子学相关，即自旋电子学。 在这里，磁信号应该用于数字计算过程，而不是像往常一样通过晶体管的电子——为未来的计算机技术提供了一种可能的方法。

编译来源：ScitechDaily