Ученые из исследовательского центра HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), Германия, работая совместно с коллегами из Америки, разработали способ, позволяющий создавать или разрушать магнитные области в определенном сплаве при помощи луча лазерного света. Обратимость данного процесса открывает широкие возможности для использования этого в технологиях обработки материалов, оптических технологиях и технологиях хранения информации.
Ученые из HZDR уже некоторое время занимались изучением различных видов сплавов железа и алюминия. Они выяснили, что изменения атомарной структуры некоторых опытных образцов таких сплавов приводило к кардинальным изменениям магнитных свойств материала. «Наш сплав имеет строго заданную сложную структуру. В его объеме слои атомов железа чередуются со слоями атомов алюминия» — рассказывает Рэнтедж Бали (Rantej Bali), физик из HZDR, — «Когда лазерный свет воздействует на такой материал, атомы железа сближаются друг с другом и в этом месте материал начинает вести себя, как магнит».
В своих исследованиях ученые использовали сильно фокусированный луч лазера, вырабатывающий импульсы света, длительностью 100 фемтосекунд. Первый импульс приводил к появлению в сплаве области, обладающей ферромагнитными свойствами. Второй импульс, имеющий меньшую интенсивность, но такую же длительность, разрушал магнитную область, созданную первым импульсом. Однако, импульс меньшей интенсивности «стирал» магнит лишь наполовину, т.е. в этом участке материала оставалась половина от уровня начальной намагниченности. Поэтому для полного стирания магнитной области потребовалась целая серия импульсов низкой интенсивности.
Данные эксперименты и наблюдения были проведены при помощи синхротрона Bessy II, вырабатывающего импульсы мягкого рентгеновского излучения, за счет которых работал микроскоп, способный проникать в толщину материала и изучать магнитные свойства исследуемых образцов.
Если немецкие физики были ответственны за проведение экспериментальной части исследований, то ученые из университета Вирджинии, США, разработали теоретическую базу и построили необходимые математические модели. Эти модели показали, что в среде сплава под воздействием лазерного света происходят весьма удивительные явления. Первый сверхкороткий лазерный импульс нагревает и расплавляет участок материала. Когда сплав охлаждается, он проходит через состояние так называемой «переохлажденной жидкости», т.е. он находится еще в жидком состоянии при температуре ниже точки плавления материала. Атомы в этой жидкости перемещаются случайным образом и, когда материал затвердевает через несколько наносекунд, атомы железа так и остаются в случайных положениях, что придает материалу магнитные свойства.
Второй, более слабый, импульс лазерного света заставляет атомы занять определенное положение в виде упорядоченной кристаллической решетки. При этом, энергии лазерного света достаточно для того, чтобы атомы успели не только упорядочиться, но и обратно разделиться на слои атомов железа и алюминия.
В дальнейших экспериментах ученые планируют исследовать сплавы других материалов, попытаться использовать другие комбинации лучей лазерного света, которые позволят создавать магнитные области больших площадей с более четко выраженными границами.
