Los científicos del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR junto con colegas del Helmholtz-Zentrum Berlin HZB y la Universidad de Virginia en Charlottesville, EE. UU., Han encontrado la manera de escribir y eliminar imanes en una aleación usando un láserhaz: un efecto sorprendente. La reversibilidad del proceso abre nuevas posibilidades en los campos de procesamiento de materiales, tecnología óptica y almacenamiento de datos.
Investigadores del HZDR, un laboratorio de investigación alemán independiente, estudiaron una aleación de hierro y aluminio. Es interesante como material prototipo porque los cambios sutiles en su disposición atómica pueden transformar completamente su comportamiento magnético ". La aleación posee una estructura altamente ordenada, con capas de átomos de hierro que están separadas por capas atómicas de aluminio. Cuando un rayo láser destruye este orden, los átomos de hierro se acercan y comienzan a comportarse como imanes ", dice el físico del HZDR Rantej Bali.
Bali y su equipo prepararon una película delgada de la aleación sobre magnesia transparente a través de la cual se hizo brillar un rayo láser en la película. Cuando ellos, junto con investigadores del HZB, dirigieron un rayo láser bien enfocado con un pulso de100 femtosegundos un femtosegundo es una millonésima de billonésima de segundo en la aleación, se formó un área ferromagnética. Se dispararon pulsos láser en la misma área nuevamente, esta vez con una intensidad láser reducida, para eliminar el imán.
Con un solo pulso láser a intensidad reducida, se retuvo aproximadamente la mitad del nivel anterior de magnetización, y con una serie de pulsos láser, la magnetización desapareció por completo. Estas observaciones se realizaron en el sincrotrón Bessy II con HZB usando un microscopioque despliega rayos X suaves para estudiar el contraste magnético.
Trabajando con un equipo de la Universidad de Virginia en Charlottesville, EE. UU., El científico pudo aclarar lo que sucede en la aleación durante este proceso. Las simulaciones de los colegas estadounidenses muestran que el estado ferromagnético se forma cuando el pulso láser ultracortocalienta el material de película delgada en la medida en que se funde, desde la superficie hasta la interfaz de magnesia. A medida que la aleación se enfría, entra en un estado conocido como "líquido superenfriado" en el que permanece fundido, a pesar de que la temperatura estácayó por debajo del punto de fusión. Este estado se alcanza debido a la falta de sitios de nucleación: ubicaciones microscópicas donde los átomos pueden comenzar a organizarse en una red. A medida que los átomos se mueven en el estado sobreenfriado en busca de sitios de nucleación, la temperatura continúafinalmente, los átomos en el estado sobreenfriado deben formar una red sólida, y como en un juego de sillas musicales, los átomos de hierro y aluminio terminan atrapados en posiciones aleatorias dentro de ellos.n el enrejado.El proceso toma solo unos pocos nanosegundos y la disposición aleatoria de los átomos genera un imán.
El mismo láser, pero con una intensidad reducida, reorganiza los átomos en una estructura bien ordenada. El disparo láser más débil derrite solo capas delgadas de la película, creando una piscina fundida sobre la aleación sólida. Dentro de un nanosegundo después de fundirse, yTan pronto como la temperatura cae por debajo del punto de fusión, la parte sólida de la película comienza a volver a crecer, y los átomos se reorganizan rápidamente desde la estructura líquida desordenada a la red cristalina. Con la red ya formada y la temperatura aún es lo suficientemente alta, ellos átomos poseen suficiente energía para difundirse a través de la red y separarse en capas de hierro y aluminio. El estudiante de doctorado Jonathan Ehrler resume: "Para escribir áreas magnéticas, tenemos que derretir el material desde la superficie hasta la interfaz, mientras que para eliminarlo,solo es necesario derretir una fracción "
En otros experimentos, los científicos ahora quieren investigar este proceso en otras aleaciones ordenadas. También quieren explorar el impacto de una combinación de varios rayos láser. Los efectos de interferencia podrían usarse para generar materiales magnéticos estampados en grandes áreas ".Los cambios notablemente fuertes en la propiedad del material pueden conducir a algunas aplicaciones interesantes ", reconoce Bali. Los láseres se utilizan para muchos propósitos diferentes en la industria, por ejemplo, en el procesamiento de materiales. Este descubrimiento también puede abrir nuevas vías en tecnologías ópticas y de almacenamiento de datos".
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Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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