Unsichtbare Magnete für schnellere IT
Ein japanisch-deutsches Konsortium forscht über drei Jahre unter Koordination der Universität Augsburg.
Antiferromagneten gelten als „unsichtbare Magnete“: Anders als die bekannten Alltagsmagnete erzeugen sie nach außen kein messbares Magnetfeld. Lange schien ihre Kontrolle deshalb schwierig. In der aktuellen Festkörperphysik und Materialforschung gewinnen sie jedoch stark an Bedeutung – denn sie könnten die Datenverarbeitung nicht nur erheblich beschleunigen, sondern auch den Energiebedarf deutlich senken. Gerade mit Blick auf wachsende Datenmengen und den Stromverbrauch digitaler Infrastruktur wäre das ein wichtiger Schritt hin zu umweltfreundlicherer Elektronik und Telekommunikation.
Um dieses Potenzial zu erschließen, startet im Februar ein dreijähriges, bilaterales Forschungskonsortium mit zwei japanischen und drei deutschen Gruppen. Der Verbund wird über Fördermittel der jeweiligen Regierungen unterstützt – in Deutschland über die DFG, in Japan über die Japan Society for the Promotion of Science, JSPS. Koordiniert wird das Netzwerk von Prof. István Kézsmárki an der Uni Augsburg. Beteiligt sind Dr. Davide Bossini (UniKonstanz), Prof. Tsuyoshi Kimura (Universität Tokio), Prof. Johannes Knolle (TU München), Dr. Naoki Ogawa und Prof. Yoshinori Tokura (RIKEN – Japans großes Forschungsinstitut für Naturwissenschaften).
Optische Kommunikation ist längst Alltag: Ein großer Teil des Internets basiert auf Glasfasern, in denen Daten als Lichtsignale übertragen werden. Genau hier setzt das Konsortium an. Antiferromagneten könnten künftig zentrale Funktionen der dahinterliegenden Technologie verändern – von der Speicherung bis zur Verarbeitung von Informationen – und damit einen Baustein für eine neue Generation optischer Kommunikations- und Informationstechnologie liefern.
Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich antiferromagnetische Zustände besonders schnell und gezielt steuern lassen. Licht hat sich hierfür als vielversprechendes Werkzeug erwiesen: In Vorarbeiten identifizierten die beteiligten Forschenden Materialsysteme, in denen die Kopplung zwischen Licht und Antiferromagneten überraschend stark ist – und demonstrierten, dass sich antiferromagnetische Zustände optisch sichtbar machen lassen. Darauf aufbauend will das Konsortium Antiferromagneten künftig ultraschnell manipulieren – mit intensiven Lichtimpulsen auf Pikosekunden-Zeitskala. Im Vergleich zu etablierten, ferromagnetischen Speichertechnologien besteht dabei die Chance, die Verarbeitungsgeschwindigkeit um den Faktor Tausend zu erhöhen.
Mehr zu Antiferromagneten
Wenn Dipole aus der Reihe tanzen
Super-Moiré-Magnetismus in 2D-Materialien entdeckt
Antiferromagnetisches Netzwerk mit Drehrichtung
Verborgene Harmonien
Verhalten von Antiferromagneten modelliert
Wände mit besonderer Funktion
Konkretes Ziel des Projekts ist es, neuartige antiferromagnetische Materialien zu identifizieren, die sich ultraschnell durch Licht und/oder mechanische Spannung schalten lassen. In einem nächsten Schritt sollen daraus neue Gerätefunktionen abgeleitet und experimentell gezeigt werden – als Grundlage für zukünftige Anwendungen.
Die Universität Augsburg koordiniert das japanisch-deutsche Konsortium und bringt die Partnergruppen in Deutschland und Japan zusammen. „Wir bündeln die Stärken der Teams und sorgen dafür, dass die Zusammenarbeit reibungslos läuft“, sagt Prof. Dr. István Kézsmárki. Seine Japan-Erfahrung hilft dabei besonders: Er hat selbst in Japan geforscht und kennt viele Strukturen und Ansprechpersonen vor Ort aus eigener Zusammenarbeit. Dass im Konsortium bereits seit Jahren wissenschaftliche Kontakte bestehen, erleichtert den Start des gemeinsamen Programms zusätzlich.
Parallel dazu ist István Kézsmárki Sprecher des DFG-Sonderforschungsbereichs/Transregio 360 „Eingeschränkte Quantenmaterie“ (gemeinsam beantragt mit der TU München). In diesem Verbund erforschen Teams in Deutschland neue Quantenzustände und komplexe Quantenmaterialien – Grundlagen, die langfristig auch Anwendungen etwa in der Quanteninformationstechnologie ermöglichen können. Diese Expertise aus Augsburg stärkt auch die internationale Zusammenarbeit im neuen japanisch-deutschen Konsortium.
Zusätzlichen Rückenwind erhält der Verbund durch Felix Schilberth, der als Postdoktorand an der Uni Augsburg arbeitet. Schilberth wurde kürzlich mit einem sehr kompetitiven Postdoctoral Fellowship am RIKEN ausgezeichnet (Erfolgsquote rund zehn Prozent) und wird dort künftig nichtlineare spektroskopische Untersuchungen an magnetischen Materialien in der ↗ Ogawa-Tokura-Gruppe vorantreiben – einem wichtigen Pfeiler des Konsortiums. [U Augsburg / dre]
