Femtoschalter für Strompulse
Einblick in ultraschnelle Dynamik von Spinströmen in Ruthenium-Magneten.
Wie schnell gelingt es, Strom an- und auszuschalten? Neue Möglichkeiten, diese Grenzen auszutesten in magnetischen Materialien, untersuchte ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen. Den Wissenschaftlern gelang es, Stromflüsse auf einer Zeitskala von hundert Femtosekunden zu erzeugen und zu verändern. Die Wissenschaftler entwickelten dazu ein wenige Nanometer dickes Schichtsystem, in dem sie die ultrakurzen Ströme speichern und auslesen konnten. Durch einen kurzen Laserpuls angeregt, erzeugten sie in dem Material einen so genannten Spinstrom. Diesen konnten sie durch seine speziellen Eigenschaften sowie seine Wechselwirkungen mit dem Metall, in dem er floss, lokalisieren und speichern.
Abb.: Ultraschneller Spinstrom fließt auf einer Femtosekunden-Zeitskala und führt zur Emission langwelliger elektromagnetischer Wellen im Terahertz-Bereich. (Bild: H. D. Wöhrle)
Die Wissenschaftler aus Göttingen, Berlin, Jülich und Uppsala zeigen in ihrer Studie, dass das Metall Ruthenium ein guter Speicher ist; durch eine Goldschicht etwa flössen die Spins einfach hindurch. Der Spinstrom lässt sich nach der Speicherung in einen konventionellen Ladungsstrom umwandeln. Über die von dem Strom erzeugte elektromagnetische Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich wiesen die Forscher dessen Fluss nach.
„Nur mit diesen ultrakurzen Strompulsen von 100 Femtosekunden Länge lassen sich im Terahertz-Bereich langwellige elektromagnetische Wellen erzeugen“, sagt der Göttinger Physiker Markus Münzenberg. „Durch den Einsatz von unterschiedlichen Materialien, wie Ruthenium oder Gold, können wir dabei das Spektrum der elektromagnetischen Wellen steuern. Zurzeit arbeiten wir daran, eine solche Steuerung aktiv zu beeinflussen.“
Elektromagnetische Wellen im Terahertz-Bereich sind interessant für ultraschnelle Informationstechnologie und die Entwicklung neuartiger Lichtquellen. Sie werden außerdem für die genaue Analyse von komplexen Kristallen und Molekülen benötigt, die bei der Entwicklung und Produktion von pharmazeutischen Produkten eine wichtige Rolle spielen.
U. Göttingen / PH
