Le partage d’informations en temps réel nécessite des réseaux complexes de systèmes. Une approche prometteuse pour accélérer les dispositifs de stockage de données consiste à commuter l’aimantation, ou le spin des électrons, des matériaux magnétiques avec des impulsions laser femtoseconde ultra-courtes. Mais, comment le spin évolue dans le nanomonde sur des échelles de temps extrêmement courtes, en un millionième de milliardième de seconde, est resté largement mystérieux. L’équipe du professeur François Légaré de l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) a réalisé une percée majeure dans ce domaine, en collaboration avec TU Wien, Autriche, le Centre national français de synchrotron (SOLEIL) et d’autres partenaires internationaux. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Optique.
Jusqu’à présent, les études sur le sujet reposent fortement sur de grandes installations à rayons X à accès limité telles que les lasers à électrons libres et les synchrotrons. L’équipe démontre, pour la première fois, un microscope à rayons X doux ultra-rapide de table pour résoudre spatio-temporellement la dynamique de spin à l’intérieur des matériaux de terres rares, qui sont prometteurs pour les dispositifs spintroniques.
Cette nouvelle source de rayons X mous basée sur un laser Ytterbium à haute énergie représente une avancée critique pour l’étude des futurs dispositifs spintroniques à haute efficacité énergétique et à grande vitesse et pourrait être utilisée pour de nombreuses applications en physique, chimie et biologie.
« Notre approche fournit une solution élégante robuste, rentable et énergétiquement évolutive pour de nombreux laboratoires. Elle permet l’étude de la dynamique ultrarapide dans des structures à l’échelle nanométrique et mésoéchelle avec des résolutions spatiales nanométriques et temporelles femtosecondes, ainsi qu’avec la spécificité de l’élément. déclare le professeur Andrius Baltuska, de la TU Wien.
Impulsions lumineuses de rayons X pour observer la rotation
Avec cette source brillante de photons X, une série d’images instantanées des structures magnétiques de terres rares à l’échelle nanométrique ont été enregistrées. Ils exposent clairement le processus de démagnétisation rapide et les résultats fournissent des informations riches sur les propriétés magnétiques qui sont aussi précises que celles obtenues à l’aide d’installations à rayons X à grande échelle.
« Le développement de sources de rayons X de table ultrarapides est passionnant pour les applications technologiques de pointe et les domaines scientifiques modernes. Nous sommes enthousiasmés par nos résultats, qui pourraient être utiles pour les recherches futures en spintronique, ainsi que dans d’autres domaines potentiels », déclare l’INRS chercheur postdoctoral, Dr Guangyu Fan.
« Les systèmes de terres rares sont à la mode dans la communauté en raison de leur taille nanométrique, de leur vitesse plus rapide et de leur stabilité topologiquement protégée. La source de rayons X est très attrayante pour de nombreuses études sur les futurs dispositifs spintroniques composés de terres rares », déclare Nicolas Jaouen, scientifique senior. au synchrotron national français.
Le professeur Légaré met l’accent sur le travail collaboratif entre experts dans le développement de sources lumineuses de pointe et de dynamique ultrarapide dans les matériaux magnétiques à l’échelle nanométrique. « Compte tenu de l’émergence rapide de la technologie laser à haute puissance Ytterbium, ce travail représente un potentiel énorme pour les sources de rayons X mous à haute performance. Cette nouvelle génération de lasers, qui sera bientôt disponible à l’Advanced Laser Light Source (ALLS), permettra ont de nombreuses applications futures pour les domaines de la physique, de la chimie et même de la biologie », dit-il.
G. Fan et al, Diffusion magnétique ultrarapide sur ferrimaimants activée par une source lumineuse de rayons X mous à base d’Yb, Optique (2022). DOI : 10.1364/OPTICA.443440
Fourni par l’Institut national de la recherche scientifique – INRS