ERC Starting Grant voor onderzoek naar magnetische schakelingen

Carl Davies van de Radboud universiteit wil een superieure methode vinden voor het selectief schakelen van magnetische ordening. Hij heeft hiervoor een Starting Grant van de European Research Council (ERC) gekregen. Met deze 1,5 miljoen euro kan hij zijn eigen onderzoeksgroep starten en het onderzoek uitbreiden.

In de moderne fysica van de gecondenseerde materie is een van de meest prominente onderzoeksrichtingen het onderzoek naar methoden die het ultrasnel en minimaal dissipatief schakelen van spontane ordening mogelijk maken. In de afgelopen jaren hebben baanbrekende experimenten aangetoond dat circulair gepolariseerde pulsen van een femtoseconde, in het zichtbare spectrale bereik, op niet-thermische wijze magnetisatie kunnen verstoren via het ultrasnelle omgekeerde Faraday-effect. De bijbehorende energiestroom (van licht naar elektronen naar spins) leidt echter tot aanzienlijke parasitaire energieverliezen en beperkt tegelijkertijd de functionele duur en amplitude van de impuls van de spin tot de zeer beperkte levensduur en sterkte van foto-geëxciteerde elektronen.

Met dit project wil Davies een alternatieve en mogelijk superieure methode vinden voor het selectief schakelen van magnetische ordening. Hiertoe wordt onderzocht of het mogelijk is om magnetisatie te manipuleren en uiteindelijk om te keren met behulp van links- of rechtsdraaiende circulair gepolariseerde optische fononen die in resonantie worden gebracht. Om dergelijke fononen coherent op te pompen, wordt in dit project gebruikgemaakt van de intense en smalbandige infrarode lichtpulsen van vrije-elektronenlasers. De voorspelling is dat de daaruit voortvloeiende rotatiebeweging van ionen, op een manier die overeenkomt met het ultrasnelle Barnett-effect, tijdelijk een magnetisch moment creëert dat sterk genoeg zou kunnen zijn om een permanente heroriëntatie van magnetisatie met grote amplitude teweeg te brengen, dankzij de langere levensduur en het niet-lineaire karakter van optische fononen.

Door state-of-the-art multi-color pump-probe-technieken te ontwikkelen, operationeel in zowel stroboscopische als single-shot modi, zullen het bestaan, de aard en de universaliteit van deze nooit eerder vertoonde bron voor magnetische opname en verwerking van gegevens worden onthuld. De uitdagende en risicovolle experimenten die hier worden voorgesteld verkennen grotendeels onbekende fysica, maar kunnen een disruptieve nieuwe tool aan het licht brengen die zeer efficiënt, ultrasnel en gericht schakelen van spontane ordening mogelijk maakt.