Magnetización inducida por láser en femtosegundos
Las simulaciones numéricas en el nivel atómico han proporcionado información valiosa sobre los procesos de magnetización ultrarrápida. Los resultados han ofrecido un formalismo básico para comprender la física de la excitación de materiales ferromagnéticos con pulsos de láser en la escala de tiempo de unos femtosegundos. No obstante, también surgieron muchas preguntas importantes. En el marco del proyecto FEMTOSPIN (Multiscale modelling of femtosecond spin dynamics), financiado por la Unión Europea, grupos de investigación líderes en el mundo procedentes de Alemania, Hungría, España, Suecia y Reino Unido desarrollaron nuevos modelos teóricos de procesos ultrarrápidos. En paralelo, experimentos innovadores realizados por investigadores en Alemania, Países Bajos y Reino Unido proporcionaron una prueba detallada de las predicciones del modelo. El objetivo era conocer mejor los procesos físicos subyacentes en el desarrollo de una tecnología totalmente óptica para el almacenamiento de datos en discos duros. La manipulación ultrarrápida de portadores de información podría lograr densidades de grabación sumamente elevadas y, además, velocidades de transferencia de datos mucho más rápidas. Esta parte del proyecto fue supervisada por el socio industrial. Para apoyar el desarrollo de esta tecnología totalmente óptica se necesitan modelos que abarquen distintas escalas de tiempo. Para acceder a la escala de tiempo de los fotones, los electrones y las interacciones de espín se debía recurrir a la teoría de la función de densidad dependiente del tiempo (DFT). Para comparar los resultados del modelo con resultados experimentales, se necesitaban modelos de continuo mesoscópicos. Los cálculos de estructura electrónica DFT iluminaron el papel que desempeña el transporte de espín en los cambios de magnetización después de aplicar un pulso de láser ultracorto. A continuación, los cálculos de la estructura electrónica se vinculan matemáticamente con los modelos atomísticos de espín clásicos. Juntos, estos se introducen en los modelos de macroespín a gran escala que constituyen el eslabón faltante con los experimentos. Este enfoque multiescala aportó información sobre numerosos fenómenos relacionados, incluido el descubrimiento del origen de la inversión de la magnetización inducida térmicamente por parte del equipo de FEMTOSPIN. Además, los modelos predijeron que, en materiales ferrimagnéticos formados por dos láminas ferromagnéticas acopladas antiferrromagnéticamente, se produce una inversión inducida por calor. Los experimentos confirmaron esta predicción. FEMTOSPIN ha desarrollado un enfoque multiescala a la modelización de fenómenos de magnetización que se validó mediante investigación experimental. Un conocimiento más profundo de los comportamientos de los materiales con espín ordenado gracias al desarrollo de herramientas de modelización avanzadas dará lugar a una generación nueva de dispositivos magnéticos de almacenamiento de información.
Palabras clave
Magnetismo ultrarrápido, simulaciones atomísticas, estructura electrónica, FEMTOSPIN; modelización multiescala, densidad de grabación, DFT
