Magnetismus per Elektrizität umschalten
Wichtiger Schritt zur Verbindung von elektrischen und magnetischen Materialeigenschaften gelungen.
Elektrizität und Magnetismus sind eng miteinander verbunden. Doch in der Materialwissenschaft hat man magnetische und elektrische Effekte lange Zeit getrennt voneinander beobachtet: Magnetische Materialeigenschaften beeinflusst man normalerweise mit magnetischen Feldern, elektrische Eigenschaften mit elektrischer Spannung. Eine spezielle Klasse von Materialien, die Multiferroika, verbinden allerdings beides. Nun gelang es Forschern an der TU Wien, magnetische Schwingungen bestimmter eisenhaltiger Materialien mit Hilfe elektrischer Felder zu kontrollieren. Vielversprechende Möglichkeiten eröffnen sich damit für die Computertechnik, wo Daten in Form elektrischer Signale übertragen aber magnetisch abgespeichert werden.
Abb.: Eine Herausforderung: Zwischen magnetischen Speichern und elektrischen Schreibsignalen richtig zu vermitteln. (Bild: J. Listabarth, TU Wien)
Magnetische Effekte kommen daher, dass Teilchen eine innere magnetische Richtung haben, den Spin. Elektrische Effekte hingegen haben damit zu tun, dass es positive und negative Ladungen im Material gibt, die sich räumlich zueinander verschieben können. „Bei Materialien mit ganz bestimmten räumlichen Symmetrien kann man allerdings beides miteinander verknüpfen“, erklärt Andrei Pimenov von der TU Wien. Er forscht bereits seit einigen Jahren über Multiferroika. Interessante Experimente zur Kopplung von magnetischen und elektrischen Effekten gab es bereits. Jetzt gelang es Pimenov und seinem Team erstmals, hochfrequente magnetische Schwingungen eines Materials aus Eisen, Bor und seltenen Erden mit elektrischen Feldern zu kontrollieren.
„Das Material enthält dreifach positiv geladene Eisenatome. Sie haben ein magnetisches Moment, das mit einer Frequenz von dreihundert Gigahertz schwingt“, sagt Pimenov. „Dass man solche Schwingungen mit einem magnetischen Feld steuern kann, wäre naheliegend. Wir konnten allerdings zeigen, dass sich diese Schwingungen durch ein elektrisches Feld gezielt variieren lassen.“ Ein dynamischer magnetischer Effekt – ein magnetischer Schwingungszustand der Eisenatome – kann also durch ein statisches elektrisches Feld ein- oder ausgeschaltet werden.
Interessant ist das ganz besonders für künftige Elektronik. „Festplatten speichern Daten magnetisch. Es ist allerdings recht schwer, Daten magnetisch schnell und präzise zu schreiben“, sagt Pimenov. „Ein elektrisches Feld punktgenau anzulegen, ist viel einfacher, dazu genügt ein simpler Spannungspuls, das geht sehr schnell und ohne nennenswerte Energieverluste.“ Mit Materialien, die magnetische und elektrische Effekte koppeln, könnten sich die Vorteile von magnetischem Speichern und elektrischem Schreiben möglicherweise verbinden lassen.
TU Wien / RK
