Když tým HZDR ozařoval ultrakrátkými laserovými pulzy tenkou vrstvu slitiny železa a hliníku, nemagnetický materiál se náhle stal magnetickým. Laserové pulzy totiž přeskupily vnitřní strukturu materiálu tak, že se atomy železa přiblížily k sobě a vytvořily magnet.
Pokud silný laserový pulz zasáhne slitinu železa, materiál se v ozařovaném bodě krátce roztaví a vytvoří se malá magnetická oblast © HZDR / Sander Münster
Pro zmagnetizování třeba železného hřebíku postačí jeho povrch několikrát přejet tyčovým magnetem. Jsou ale i jiné, neobvyklejší metody. Před časem tým vedený Helmholtzovým centrem Dresden-Rossendorf (HZDR) objevil, že určitou slitinu železa lze zmagnetizovat také ultrakrátkými laserovými pulzy. V další fázi výzkumu navíc vědci v Laser Institute Mittweide University zjistili, že tento jev se vyskytuje i u jiných tříd materiálů.
Započalo to pilotním projektem s ozařováním ultrakrátkými laserovými pulzy tenké vrstvy slitiny železa a hliníku, a hle! Nemagnetický materiál se náhle stal magnetickým. Stav se vysvětlil tím, že laserové pulzy přeskupují atomy v krystalu tak, že se atomy železa přibližují k sobě a tvoří tak magnet. Sérií slabších pulzů se pak podařilo vrstvu opět demagnetizovat.
Z pilotního projektu však nebylo jasné, zda k efektu dochází pouze u zkoumané slitiny železa a hliníku, nebo i u jiných materiálů. Dál na řadu přišly slitiny železa a vanadu. Na rozdíl od slitiny železa a hliníku zde nejsou atomy vrstveny tak, aby tvořily pravidelnou krystalovou mřížku, jejich uspořádání je více chaotické. Tvoří amorfní strukturu podobnou sklu. K docílení konečného efektu badatelé užili posloupnosti dvou laserových pulzů. První, silný pulz materiál zmagnetizoval, druhý, slabší se od povrchu materiálu odrážel. Analýza odrazů laseru umožnila vyvodit závěry o fyzikálních vlastnostech materiálu. Po několikátém opakování postupu, kdy se časový interval mezi prvním pulzem a následujícím testovacím pulzem neustále prodlužuje, je možné vyvodit, že přestože slitina železa a vanadu má odlišnou základní strukturu než slitina železa a hliníku, lze i tady magnetizace laserovým zábleskem dosáhnout.
V obou případech se materiál v ozařované oblasti krátce roztaví. V důsledku toho laser předchozí strukturu „vymaže“, takže se v obou slitinách může vytvořit malá magnetická oblast. Tento jev se zjevně neomezuje na konkrétní strukturu materiálu, ale lze jej pozorovat v různých atomových uspořádáních. Při sledování časového průběhu procesu je patrné, že během femtosekund laserový pulz excituje elektrony v materiálu. Později, po několika pikosekundách, přenesou excitované elektrony svou energii do atomových jader. Tento přenos energie pak způsobí přeskupení do magnetické struktury, která je fixována následným rychlým ochlazením.
Další fáze výzkumu má vést k pozorování, jak přesně se atomy přeskupují v procesu magnetizace pomocí intenzivního rentgenového záření. To by mohlo vést k možným aplikacím při umístění malých magnetů na povrch čipu pomocí laseru a být tak užitečné pro výrobu citlivých magnetických senzorů a také pro možnost magnetického ukládání dat.
Tento fenomén se jeví zajímavý také pro nový typ elektroniky, spintroniku. V ní by průchod elektronů tranzistory mohl být nahrazen magnetickými signály. Jde o možnou cestu pro počítače budoucnosti.