Onderzoekers
hebben voor het eerst in kaart gebracht hoe de grenzen van
magnetische nanostructuren zich gedragen op extreem korte
tijdschalen. Het werk van natuurkundige Johan Mentink van de Radboud
Universiteit maakt duidelijk dat deze veel stabieler zijn dan
gedacht. Dit inzicht helpt bij de ontwikkeling van toekomstige
ultrasnelle en compacte dataopslag.
Elke magneet
bestaat uit kleine magneetjes, de zogenaamde spins. Wanneer een
materiaal magnetisch is, staan deze spins allemaal in dezelfde
richting. Met ultrakorte laserpulsen kunnen de spins in magnetische
materialen in zeer korte tijd van richting veranderen. Dit zogeheten
ultrasnel nanomagnetisme is belangrijk voor bijvoorbeeld harde
schijven, waarop informatie wordt opgeslagen met behulp van
magnetische bits. Om die opslag sneller en kleiner te maken, is het
essentieel om precies te begrijpen wat er gebeurt op
nanoschaal.
Domeinen
Met een nieuwe
beeldvormingstechniek die processen kan volgen tot op nanometers en
femtoseconden, hebben Mentink en collega’s gekeken naar het gedrag
van domeingrenzen – dunne wanden van een nanometer tussen magnetische
domeinen. Meerdere spins die dezelfde kant op wijzen, zijn een
domein. Om te begrijpen hoe deze structuren zich gedragen, heb je een
meettechniek nodig die tegelijkertijd extreem scherp én extreem snel
kan meten. Met de nieuwe beeldvormingstechniek, die gebruik maakt van
extreem ultraviolet licht, hebben collega-onderzoekers van Mentink
van het Max Planck instituut in Göttingen voor het eerst kunnen
volgen wat er gebeurt met domeinwanden op het moment dat een
laserpuls een magnetisch materiaal raakt.
Uit het onderzoek blijkt dat deze domeinwanden veel stabieler zijn
dan gedacht. Zelfs wanneer een materiaal sterk wordt verhit door een
laserpuls en gedeeltelijk zijn magnetisme verliest, blijven
domeinwanden op hun plek en veranderen ze nauwelijks van vorm. Dat
bevestigt een belangrijk theoretisch inzicht: domeinen bewegen niet
snel door het materiaal. ‘Op korte tijdschalen kan dat helemaal niet
snel,’ zegt Mentink. ‘Er is maar een eindige snelheid waarmee die
domeinen zich kunnen bewegen.’
Het feit dat domeinwanden zo stabiel blijven onder invloed van een
laser was nog niet eerder waargenomen. Mentink: ‘Dit vertelt ons dat
de energie van de laser heel lokaal werkt – het veroorzaakt
demagnetisatie die op elke plek hetzelfde is. Hierdoor blijft de
domeinstructuur, zowel de positie, vorm als breedte, intact. ‘
Kans
Bij een nog
krachtigere laser begint er iets anders te gebeuren: kleine stukjes
van het materiaal slaan willekeurig om, als het gevolg van een
kansproces op nanoschaal. De domeingrens blijft grotendeels intact,
maar er komen op willekeurige plekken kleine domeinen bij. ‘Eén
krachtige puls geeft eigenlijk een soort rommeltje van domeinen die
omhoog en omlaag staan,’ legt Mentink uit. ‘Alleen door meerdere
pulsen te gebruiken, kunnen ze samengroeien tot één groot domein.’
Dit betekent dat demagnetisatie vooral lokaal plaatsvindt, en niet
doordat domeingrenzen zich snel door het materiaal verplaatsen. Dat
inzicht is belangrijk voor de manier waarop onderzoekers magnetisme
proberen te controleren waardoor uiteindelijk dataopslag beter,
sneller en efficiënter kan. ‘Wat ultrasnel gaat, is het schakelen,’
zegt Mentink. ‘Maar het verplaatsen van een domeingrens in de ruimte
is een traag proces.’
Publicatie
Chang, H.-T., Zayko,
S., Schmidt, T., Kfir, O., Sivis, M., Mentink, J. H., Albrecht, M.,
& Ropers, C. (2026). Sub-wavelength extreme ultraviolet
microscopy reveals domain-wall stability during ultrafast
demagnetization.
Nature
Materials, 1–8.
https://doi.org/10.1038/s41563-026-02583-w
Meer weten?
Neem contact op met: