ИЯФ участвует в проекте по изучению магнитов размером с молекулу

Новосибирские ученые придумали, как усовершенствовать эксперименты с мономолекулярными магнитами

22.08.2018 в 13:06, просмотров: 2531
ИЯФ участвует в проекте по изучению магнитов размером с молекулу
Исследовать влияние коротких импульсов мощного излучения на магниты размером с молекулу позволяют специальные рабочие станции ЭПР-спектроскопии, установленные на лазер на свободных электронах (фото Сергея Вебера)

Ученые Института ядерной физики им. Будкера СО РАН (ИЯФ) обнародовали результаты исследования, посвященного перспективной теме — мономолекулярным магнитам. Магнитные структуры размером в одну молекулу — это будущее вычислительной техники, поскольку они позволят обеспечить сверхвысокую плотность записи информации на магнитные носители.

Емкость современных носителей данных упирается в фундаментальное технологическое ограничение: минимальный размер ячейки памяти, доступной сегодня, пока слишком велик. Однако решить эту проблему — и революционно увеличить емкость носителей — могли бы мономолекулярные магниты. Кроме того, их можно было бы использовать при строительстве квантовых компьютеров.

Как сообщает пресс-служба ИЯФ, тему мономолекулярных магнитов изучают сотрудники Международного томографического центра СО РАН (МТЦ), которые используют оборудование ИЯФ — новосибирский лазер на свободных электронах (ЛСЭ). Результаты исследования крохотных магнитов при помощи лазера опубликованы в ежемесячном зарубежном научном журнале Journal of Magnetic Resonance.

Чего пытаются добиться

Основная цель совместного проекта МТЦ и ИЯФ — научиться менять намагниченность магнита размером с молекулу, воздействуя на него очень короткими импульсами лазерного излучения. Для этого используют излучение терагерцового спектра, расположенного между инфракрасным и сверхвысокочастотным видами излучений.

— На данный момент мы говорим о фундаментальных исследованиях, но практические приложения, такие как создание ячеек сверхъемких носителей информации и кубитов (ячейка хранения данных в квантовом компьютере. — прим. ред.) вполне вероятны в недалеком будущем, — убежден старший научный сотрудник лаборатории магнитного резонанса МТЦ СО РАН, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель НГУ Сергей Вебер. — Для прикладного использования мономолекулярных магнитов необходимо научиться контролируемо вызывать в них спиновые переходы («перемагничивать» молекулы) — это и есть основная задача наших экспериментов, которые мы проводим с помощью терагерцового излучения. Получаемые данные уникальны и могут лечь в основу прикладных методик манипулирования спиновым состоянием мономолекулярных магнитов, а также позволят улучшить параметры существующих мономолекулярных магнитных систем.

Однако прежде чем такая работа стала возможна, новосибирцам из ИЯФ пришлось существенно модифицировать свой главный исследовательский инструмент — лазер на свободных электронах.

Модулятор для лазера

Облучая лазером крохотные структуры молекулярного порядка, ученые столкнулись с проблемой: излучение установки перегревало небольшие магниты. Чтобы этого избежать, сотрудники МТЦ решили ограничить время воздействия излучения на изучаемые объекты.

В первых опытах удалось механически сократить время импульса до примерно 300 микросекунд. Однако образец магнита при этом все равно перегревался — и ученые были вынуждены снижать мощность лазера. Тогда сотрудники ИЯФ разработали электронный модулятор мощности для лазера, который позволил сократить время импульса до 50 микросекунд.

— Чтобы избежать сильного нагрева исследуемых образцов, необходимо уменьшить среднюю мощность излучения, но при этом сохранить пиковую. Для решения данной задачи мы предложили метод электронной модуляции терагерцового излучения, который позволяет относительно быстро выключать генерацию лазера, сохраняя при этом средний ток электронов, что важно для устойчивой работы ускорителя, — рассказал ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Олег Шевченко. — Для других пользователей ЛСЭ большее значение имеет не величина средней мощности, а ее стабильность — новый метод позволяет плавно изменять среднюю мощность за счет изменения скважности макроимпульсов (скважность — отношение периода повторения импульсов к длительности одного импульса. — прим. ред.). Важно и то, что управлять работой модулятора пользователи смогут самостоятельно со своих рабочих станций.

Как отмечают в пресс-службе ИЯФ СО РАН, новый электронный модулятор мощности для лазера на быстрых электронах откроет новые возможности для проведения экспериментов: он позволит облучать магниты пиковыми мощностями, не нагревая их. Это упростит работу ученых.