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使用激光脉冲写入和擦除磁体的技术

26.04.2018

来自德国研究中心 HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf) 的科学家与来自美国的同事合作开发了一种方法，该方法允许您使用激光束在特定合金中创建或破坏磁性区域。这一过程的可逆性为其在材料加工技术、光学技术和信息存储技术中的应用开辟了广阔的机遇。

一段时间以来，HZDR 的科学家们一直在研究各种类型的铁和铝合金。他们发现，这种合金的一些原型原子结构的变化导致材料的磁性发生了巨大变化。 HZDR 的物理学家 Rantej Bali 说：“我们的合金具有定义明确的复杂结构。在其体积中，铁原子层与铝原子层交替出现。“当激光照射这种材料时，铁原子会接近每个其他的，此时材料开始表现得像磁铁一样。”

在他们的研究中，科学家使用高度聚焦的激光束产生持续时间为 100 飞秒的光脉冲。第一个脉冲导致合金中出现具有铁磁特性的区域。第二个脉冲强度较低但持续时间相同，破坏了第一个脉冲产生的磁区。然而，强度较小的脉冲仅将磁体“擦除”了一半，即一半的初始磁化水平保留在这部分材料中。因此，需要一系列低强度脉冲来完全擦除磁区。

这些实验和观察是使用 Bessy II 同步加速器进行的，它产生软 X 射线辐射脉冲，因此显微镜能够穿透材料的厚度并研究所研究样品的磁性。

如果说德国物理学家负责进行研究的实验部分，那么来自美国弗吉尼亚大学的科学家则开发了理论基础并建立了必要的数学模型。这些模型表明，在激光的影响下，合金介质中会出现非常令人惊讶的现象。第一个超短激光脉冲加热并熔化一部分材料。当合金冷却时，它会经历一种所谓的“过冷液体”状态，即在低于材料熔点的温度下，它仍处于液态。这种液体中的原子随机移动，当材料在几纳秒后凝固时，铁原子保持在随机位置，使材料具有磁性。

第二个较弱的激光脉冲使原子以有序晶格的形式占据特定位置。同时，激光的能量足以让原子有时间不仅有序，而且还可以重新分离成铁原子和铝原子层。

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