Рідкоземельні елементи мають фантастичні магнітні властивості. Найсильніші магніти, які ми знаємо, базуються на рідкоземельних елементах. Вони використовуються в багатьох пристроях, включаючи компоненти обчислювальної техніки, такі як жорсткі диски. Однак налаштування магнітних властивостей не було простим завданням. Нещодавно вчені знайшли спосіб налаштовувати їх на субатомному рівні.
Ви, мабуть, бачили діаграму атома, де електрони схожі на маленькі кульки, що обертаються навколо центрального ядра, як маленькі планети. Однак це неправильно. Електрони мають негативний заряд, тому вони відштовхують один одного, тоді як позитивно заряджене ядро утримує їх поруч. Взаємодія між силами дозволяє електронам знаходитися в певних областях частіше, ніж в інших, залежно від квантово-механічних властивостей. Електрони не розташовані на орбітах, а скоріше в цих областях, які ми називаємо орбіталями.
Орбіталі заповнюються в певному порядку, і існує чотири типи орбіталей: s, p, d і f. Різні позначення відносяться до різних просторових розподілів. В основному, вони мають різні форми. Малі звичайні елементи, такі як кисень або вуглець, мають лише s і p орбіталі. У металів є d орбіталь, а у рідкоземельних елементів можуть бути як d, так і f орбіталі. У випадку з тербієм присутні орбіталі f і s, з номерами перед кожною орбіталлю, які визначають енергію конкретної орбіталі.
Ключовим у цій роботі є зовнішня 4f орбіталь, яка містить вісім електронів у випадку тербію. Вчені обстріляли атом ультракоротким лазерним імпульсом і виявили, що вони можуть перетворити його в зовсім іншу орбіталь, названу 5d. Вона трохи більш енергетична, ніж 4f, і електрони розподіляються іншим чином.
Ця зміна може здаватися незначною на квантовому рівні, але магнітні властивості цього елемента виникають саме з цієї орбіталі. Ця зміна змінює властивості тербію в дуже специфічний спосіб, і за допомогою цих рентгенівських імпульсів це цілком керовано. І це надзвичайно захоплююче.
Стандартний підхід до використання цих матеріалів у магнітних накопичувачах, наприклад, використовує тепло для їх зміни. Пристрої зберігання даних HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) використовують лазери для нагрівання. Рідкоземельні магніти та рентгенівський лазер можуть зробити це швидше та ефективніше, без необхідності використання HAMR.