Magnetische Informationen elektrisch schalten

Bestimmte Kristalle lassen sich mit elektrischen Feldern gezielt magnetisieren. Ein Weg zu effizienteren Datenspeichern?

Tübingen/Berlin - Magnetische Informationen werden gewöhnlicherweise mittels magnetischer Felder geschrieben, zum Beispiel im Informationsspeicher einer Computer-Festplatte. Um in Zukunft noch effizientere Speicher bauen zu können, verfolgen Forscher unterschiedliche Ansätze in der Grundlagenforschung. Die Tübinger Wissenschaftler Thomas Lonkai, Uwe Amann und Jörg Ihringer vom Institut für Angewandte Physik haben nun in Zusammenarbeit mit den Berliner Wissenschaftlern Thomas Lottermoser und Manfred Fiebig vom Max-Born-Institut sowie Dietmar Hohlwein vom Hahn-Meitner-Institut nachgewiesen, dass die magnetische Ordnung in Informationsspeichern auch mittels elektrischer Felder geschaltet werden kann. Dies wird möglich durch spezielle Kristalle, so genannte hexagonale Manganite, deren kompliziertes Wechselspiel elektrischer und magnetischer Eigenschaften zu diesem Zweck genutzt werden kann. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Die Forscher haben in der keramischen Verbindung Holmiummanganit (HoMnO ₃) ein System gefunden, dessen magnetische Phase sich durch ein externes elektrisches Feld kontrollieren lässt. Das elektrische Feld schaltet die ferromagnetische Ordnung in diesen Kristallen an und ab. Den Einfluss eines elektrischen Feldes auf die magnetische Ordnung haben die Forscher in optischen Messungen nachgewiesen, indem sie die so genannte optische zweite Harmonische untersucht haben - eine Verdopplung der Frequenz einer Lichtwelle im Kristall. Zudem haben sie beim Anlegen eines elektrischen Feldes eine für einsetzende ferromagnetische Ordnung typische Änderung der Schwingungsrichtung des Lichts beobachtet.

Die Wissenschaftler haben die Vorgänge auch auf mikroskopischer Ebene untersucht. Von außen sieht es so aus, als ob die Anordnung der Atome eines Kristalls in einem Gitter fest wäre. Die mikroskopische Analyse der Atompositionen weist jedoch häufig Änderungen der Atompositionen auf, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Temperatur oder angelegten magnetischen oder elektrischen Feldern, welche zu Änderungen der Materialeigenschaften führen. In dieser Arbeit konnten die Wissenschaftler feldabhängige Verschiebungen der Atompositionen im Kristallgitter durch Änderungen der magnetischen Austauschpfade nachweisen und mit diesen das Schalten der magnetischen Ordnung erklären. Aus den Ergebnissen lassen sich nun Grundanforderungen an Materialien ableiten, die für eine magnetoelektrische Phasenkontrolle genutzt werden könnten.

Der Forschungserfolg hat sich durch die Zusammenarbeit in einem Kooperationsnetzwerk verschiedener Wissenschaftler ergeben: Die Apparaturen zur Röntgenbeugung stehen in Tübingen, die Messungen mit Neutronen werden am Institut Laue-Langevin in Grenoble und am Hahn-Meitner-Institut in Berlin durchgeführt. Am Berliner Max-Born-Institut laufen laseroptische Experimente. Mit dem Hahn-Meitner-Institut ist die Uni Tübingen über einen Kooperationsvertrag und ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziertes Projekt zum Ausbau eines Diffraktometers zur Neutronenstreuung verbunden.

Quelle: idw

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Th. Lottermoser, Th. Lonkai, U. Amann, D. Hohlwein, J. Ihringer und M. Fiebig, Magnetic Phase Control by an Electric Field, Nature 430, 541 (2004).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature02728   
• Institut für Angewandte Physik, Universität Tübingen:
  http://www.physik.uni-tuebingen.de/IAP/   
• Hahn-Meitner-Institut, Berlin:
  http://www.hmi.de   
• Max-Born-Institut für nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Berlin:
  http://www.mbi-berlin.de   
• Spezielle Dokumente und Informationen zum Thema HoMnO ₃ finden Sie ganz einfach mit der Findemaschine, z. B. in der Kategorie Festkörperphysik.