Verhalten von Antiferromagneten modelliert

Das Team um Götz S. Uhrig von der Fakultät Physik der TU Dortmund hat ein Modell erarbeitet, mit dem das Verhalten von Antiferromagneten in Magnetfeldern besser vorhergesagt werden kann als bisher. Dies ist von Interesse, da die Materialien für die spinbasierte Datenspeicherung genutzt werden könnten. 

Die Physikerin Katrin Bolsmann hat sich in ihrer Masterarbeit mit Antiferromagneten beschäftigt, die für die Informationsverarbeitung zunehmend eine größere Rolle spielen. „Mit antiferro­magnetischen Speichermedien könnte in Zukunft mehr Speicherkapazität auf kleinerem Raum realisiert werden und Informationen deutlich schneller gespeichert werden als bisher“, sagt Bolsmann. Ihr Modell basiert auf der Schwinger-Boson-Molekular­feldtheorie, mit der sich beschreiben lässt, wie sich die Spins im Zuge eines magnetischen Schaltvorgangs umkehren. Mithilfe des neu entwickelten Modells können Vorhersagen über eine Aktivierungs­energie gemacht werden, die für die Spinumkehr in anisotropen Antiferro­magneten erforderlich ist. 

Auch kann dieser Effekt in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet werden, was von Asliddin Khudoyberdiev durchgeführt wurde. Die Berechnungen haben etwa gezeigt, dass die Magnetisierung im isotropen Modell ohne Verlust der Kohärenz und für beliebig schwache Felder umgekehrt werden kann. Im anisotropen Modell hingegen muss eine Aktivierungs­energie überwunden werden, was wiederum zu einem Verlust der Kohärenz führt. Zudem ist erkennbar, dass mit steigender Temperatur die erforderliche Aktivierungs­energie stetig abnimmt, bis schließlich die Temperatur erreicht ist, oberhalb derer ein antiferro­magnetischer Stoff unmagnetisch wird.

„Das theoretische Modell liefert eine gute quantitative Vorhersage für experimentelle Unter­suchungen der Phänomene“, sagt Uhrig. So könnten künftig komplizierte Gitter­strukturen in zwei Dimensionen mit unterschiedlichen magnetischen Ordnungen untersucht werden. Darüber hinaus können auch drei­dimensionale Schicht­strukturen, die als van-der-Waals-Materialien derzeit viel Beachtung finden, beschrieben werden. Das Anlegen zeitabhängiger Magnetfelder, wie sie in Terahertz­strahlung auftreten, ist ein weiterer Ansatz, um das Schalten auch unterhalb der berechneten Schwellen­felder zu ermöglichen.

TU Dortmund / JOL