レーザで磁石が液体のような挙動

July, 11, 2019, Boulder--何年も前から研究者は､奇妙な現象を探求してきた｡超薄型磁石にレーザ照射すると､急に消磁する｡
　CU Boulderの研究チームは､磁石が､その変化からどのように瞬時に回復し､その特性を取り戻すかを研究している｡
　Nature Communicationsに発表された成果によると､レーザ照射された磁石は、実際に液体の様に振る舞う｡その磁気特性は､｢液滴｣を形成し始める｡ジャーの油や水を振った時に起こる現象と同じである｡
　それを調べるために､CU Boulderの Ezio Iacocca、Mark Hoeferのチームは､数学モデリング､数値シミュレーション､実験を利用した｡実験は､スタンフォード大学のSLAC国立加速器研究所で行った｡
　特に､研究グループは､磁気､金属合金が短パルス高エネルギーレーザ照射を受けた後の磁石の非常に短い時間､最初の1兆分の20秒に狙いを定めた｡　
　磁石は､本質上､極めて組織化されている｡その原子構成要素は､配向性､つまり｢スピン｣があり､上か下のいずれか､同じ方向を指す傾向がある｡
　ただし､レーザで磁石を照射したときは除く｡磁石を極短パルスで照射すると､無秩序が確実になる｡磁石内のスピンは､もはや上または下を指すことはなく､全て異なる方向になり､金属の磁気特性は失われる｡
　｢研究チームは､レーザパルス後､3psに起こること､さらに数ミリ秒(ms)で磁石が均衡に戻る時のことに取り組んでいる｡､その間に､多くの未知のことがある｣とNIST客員研究者､Iacoccaは言う｡
　それは､Iacoccaとその同僚が埋めたかった失われた時間のウインドウである｡そのために研究チームは､カリフォルニアで一連の実験を行った｡ガドリニウム-鉄-コバルト合金の微小な粒子にレーザを照射｡次に､その結果を数学的予測およびコンピュータシミュレーションと比較した｡
　グループが発見したことは､流動化である｡応用数学准教授､Hoeferは､金属そのものが液体に変わったのではないと素早く指摘した｡しかし､その磁石内のスピンは､液体のように振る舞い､動き回り､海で砕ける波のように方向を変える｡
　｢われわれは､これらのスピンが､その短い時間スケールで超流体のように振る舞うことを示す､これらのスピンをモデル化する数学的方程式を使った｣とHoeferは言う｡
　しばらく待つと､その彷徨うスピンは落ち着き始め､同じ方向の小さなクラスタを形成する｡要するに､スピンがみな､上または下を指す｢液滴｣である｡もう少し長く待ち､研究チームは､それらの液滴がどんどん大きくなることを計算で示した｡ジャーの中で分離する油や水と比較した｡
　｢ある点では、磁石は再び上または下を指し始める｡これらは､もっと大きな集団のシードのようである｣とHoeferは言う｡
　同氏によると､レーザを照射した磁石は､常にそれの元の状態に戻るわけではない｡場合によっては､磁石はレーザパルス後､反転することがある､つまり上から下へ変わる｡
　エンジニアは､その反転挙動を利用してコンピュータハードディスクに1sと0sのビット形式で情報保存を行っている｡その反転をもっと効率的にする方法を考えついたら､より高速のコンピュータを構築することができるかも知れない｡
　｢このプロセスが起こる方法を正確に理解したい理由はそれである｡恐らく､もっと速く反転する材料を見つけることができる｣とIacoccaは話している｡
(詳細は､https://www.colorado.edu)