Natuurkundigen aan de Ruhr-Universität in Bochum hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de magnetische eigenschappen van de nanowereld te onderzoeken. De onderzoekers bestralen een roosterplaat met laserlicht en registreren de reflectie van de laserstraal. Aan de hand van de vlakverdeling van de gereflecteerde straal kunnen ze door middel van Fourieranalyse voor het eerst nauwkeurig berekenen, hoe de magnetisering binnen een magnetisch nano-eiland verdeeld is.
Magnetische nano-eilanden moeten in de toekomst voor dataopslag dienen, waarbij de magnetische oriëntering van één bit overeenkomt met een 0 of een 1. Door de nauwkeurige berekening zijn bovendien de eigenschappen van magnetische wervelingen te karakteriseren, die op bijzonder kleine nano-magneeteilanden voorkomen. Ze beschikken behalve over een draairichting ook over een polariteit, zodat er zelfs meer dan één bit kan worden opgeslagen.
Als een laserstraal op een proefstuk met duizenden roostervormige nano-magneeteilanden wordt gericht, dan reageert elk eiland op de reflectie van de straal.
Laserstraal in vlakken verdeeld
Het team bestudeert al vele jaren de mogelijkheid om de magnetische eigenschappen van kleine magnetische structuren te onderzoeken met behulp van laserstralen. Een bekende optische methode voor het onderzoek van magnetische lagen is het zogenoemde Kerr effect. Daarbij wordt de polarisatieas van licht door reflectie op een magnetische laag verdraaid. Richt men de laserstraal nu op een proefstuk met duizenden roostervormige nano-magneeteilanden, dan reageert elk eiland op de reflectie van de straal. De straal wordt door het proefstuk in vlakken verdeeld in de hoofdstraal en veel andere stralen van een hogere orde.
De natuurkundigen hebben nu onderzocht of deze stralen van hogere orde eveneens magnetische informatie bevatten en zo ja welke. Voor de beschrijving van dit effect gebruikten ze de Fourieranalyse, een wiskundige functie voor de berekening van het frequentiespectrum van signalen. Met behulp van deze berekeningen is een magnetiseringsverdeling binnen een afzonderlijk magnetisch nano-eiland heel nauwkeurig te bepalen. Ook vragen over de domeintoestand binnen het eiland en hoe deze in een magneetveld verandert, kunnen zo worden beantwoord. Ook kan men nu controleren of alle eilanden op een proefstuk zich precies gelijk gedragen, wat een eis is voor het gebruik als opslagmedium.
Eiland met vier bits
Bij zeer kleine magneeteilanden ontstaat bovendien een magnetische werveling, die met de nieuwe methode voor het eerst nauwkeurig kan worden gekarakteriseerd. Afgezien van de draairichting beschikken deze wervelingen ook nog over een polariteit, zodat in een enkel nano-eiland vier bits kunnen worden opgeslagen.
Interessant voor de onderzoekers is bijvoorbeeld hoe de werveling zich houdt in een uitwendig magnetisch veld en of men de werveling in een sterk magnetisch veld volledig kan verstoren. Zal deze werveling weer herstellen of spontaan opnieuw ontstaan, als het magnetisch veld wordt afgezwakt? Wat betekenen de magneetvelden voor de verstoring en de opwekking van magnetische wervelingen? In welke richting draait de werveling, links of rechts om? De nieuwe magneto-optische methoden kunnen deze vragen beantwoorden.’
