Magnetische Materialien beherrschen
Fortschritt für die Datenspeicherung: Frequenz der Magnonen eines Materials lässt sich um bis zu 40 % verändern – mit handelsüblichen Geräten und bei Raumtemperatur.
„Jetzt haben wir ein komplettes Bild“, sagt Davide Bossini. Bereits seit Jahren erforscht der Physiker an der Uni Konstanz, wie man die kollektiven magnetischen Schwingungen eines Materials mit Hilfe von Licht kontrollieren kann. Vor einem halben Jahr, im Sommer 2025, konnte er schließlich zeigen, wie sich der „magnetische Fingerabdruck“ eines Materials durch das Zusammenspiel von Licht und Magnonen verändern lässt. Nun demonstriert er, wie sich die Frequenzen der Schwingungen augenblicklich und fast beliebig steuern lassen, indem ein relativ schwaches, externes Magnetfeld an einen starken Laser angelegt wird. Auf diese Weise gelingt es ihm, die Frequenzen um bis zu vierzig Prozent zu steigern oder zu senken. Der Effekt geht auf das Zusammenspiel zwischen der optischen Anregung, magnetischer Anisotropie sowie dem externen Magnetfeld zurück. Das Verfahren und der Effekt wurden in Theorie und Experiment zusammen Forschenden der ETH Zürich, der RPTU Kaiserslautern-Landau und zwei italienischen Arbeitsgruppen aus der Politecnico di Bari und der Universität Messina erforscht.
Indem man die Frequenz der magnetischen Schwingungen präziser steuert, lassen sich in magnetischen Datenspeichern das Schreiben und Übertragen der Daten besser kontrollieren und der Prozess wird entsprechend schneller. Zukunftstechnologien arbeiten daran, Informationen durch ganze „Spin-Wellen“ zu speichern und zu übertragen – in einer Größenordnung von teils bis zu hundert Trilliarden Spins, die als Magnonen gemeinsam oszillieren. Bossinis Verfahren setzt hier an und zeigt, wie er die Frequenz einer solchen Spin-Welle um bis zu vierzig Prozent steigern oder reduzieren kann.
Davide Bossini ist es wichtig, dass seine Methode mit gewöhnlichen Geräten und Materialien funktioniert. „Man benötigt dafür keinen State-of-the-art-Laser“, betont Bossini. Bei seinen Experimenten kamen normale Standard-Laser zum Einsatz, die kommerziell erhältlich sind. Ebenso verwendete er handelsübliche Magneten, um das Magnetfeld zu erzeugen. „Wir haben alles bei Raumtemperatur durchgeführt“, fährt Bossini fort. Zum Vergleich: Magnetische Materialien werden häufig bei Tieftemperaturen von 80 Kelvin (-193,15 Grad Celsius) oder kälter erforscht. „Das Material, das wir verwendet haben, ist zwanzig Nanometer dünn und somit geeignet für Computer-Chips“, so Bossini.
Die Experimente fanden in der Arbeitsgruppe von Bossini an der Universität Konstanz statt. Die Proben wurden von der ETH Zürich erstellt, die Theorie von den beiden italienischen Partnern an der Politecnico di Bari und der Universität Messina erarbeitet. [U Konstanz / dre]
