Физики научились переключать намагниченность тонкой металлической плёнки лазером без внешнего магнитного поля и без привязки к направлению круговой поляризации света. В эксперименте решающим оказался размер светового пятна: когда луч сжали примерно до 1,36 мкм и меньше, материал начал переходить в одно и то же магнитное состояние независимо от направления вращения электрического поля световой волны.
Исследователи работали с тонкими слоями платины и кобальта. Внутри магнитного материала существуют области, где магнитные моменты атомов ориентированы одинаково. Изменить направление намагниченности означает фактически переписать состояние такой области, поэтому подобные процессы интересны разработчикам спинтроники и магнитной памяти.
При широком лазерном пятне результат зависел от поляризации. Свет нагревал небольшой участок почти до температуры, при которой упорядоченная намагниченность разрушается, после чего магнитные области начинали перестраиваться. Разница в поглощении света с правой и левой круговой поляризацией направляла движение границ между ними, поэтому направление поляризации влияло на итоговое состояние.
Затем физики постепенно уменьшили пятно с 1,92 до 0,96 мкм. По мере фокусировки влияние поляризации слабело, а примерно с 1,36 мкм оба направления круговой поляризации давали одинаковый результат. Сильнее сфокусированный луч концентрировал энергию на меньшей площади, а окружающая холодная часть плёнки помогала закрепить перевёрнутую магнитную область после остывания.
Один световой импульс с задачей не справлялся. Лазер посылал импульсы длительностью 120 фс с частотой 1 кГц, и намагниченность менялась постепенно. Сначала свет нагревал материал и создавал небольшой участок с обратной ориентацией магнитных моментов, затем следующие импульсы помогали этой области вырасти и закрепиться. Авторы отдельно проверили малое число импульсов, поскольку короткое облучение могло ошибочно создать впечатление, будто поляризация больше не влияет на результат.
Эффект сохранился в структурах с несколькими повторяющимися слоями платины и кобальта. При трёх парах слоёв переход от зависимости от поляризации к независимому режиму определял размер пятна. Начиная с четырёх пар, оба направления поляризации давали почти одинаковый результат при всех проверенных условиях. В более толстых образцах устойчивое переключение требовало особенно сильной фокусировки, а после девяти пар внутри материала начинали мешать полосовые магнитные области.
Для памяти результат интересен по простой причине: направление намагниченности можно использовать для хранения бита, а лазер способен менять его без отдельного внешнего магнитного поля. Исследователи фактически перенесли часть управления с самого материала на форму и размер светового луча. Разработчикам потенциальных устройств пришлось бы меньше подстраивать химический состав магнитных слоёв под конкретный способ записи.
До готовой памяти метод пока не дошёл. Опыт требует сверхкоротких лазерных импульсов, многократного облучения и точной фокусировки примерно до длины волны света. Работа показывает физический принцип: если достаточно сильно сжать область нагрева, геометрия светового пятна начинает определять поведение магнита и позволяет управлять намагниченностью без внешнего поля. Магнитные элементы уже удаётся уменьшать до нанометрового масштаба, и похожие подходы рассматривают как один из путей к более плотной магнитной памяти.