Magnetische Informationen können elektrisch geschaltet werden

Kristallforschung weist den Weg zu effektiveren Speichern – Veröffentlichung in ’Nature’

Magnetische Informationen werden gewöhnlicherweise mittels magnetischer Felder geschrieben, zum Beispiel im Informationsspeicher einer Computer-Festplatte. Um in Zukunft noch effektivere Speicher bauen zu können, verfolgen Forscher unterschiedliche Ansätze in der Grundlagenforschung. Die Tübinger Wissenschaftler Thomas Lonkai, Uwe Amann und Prof. 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 Prof. 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, hexagonale Manganite, deren kompliziertes Wechselspiel elektrischer und magnetischer Eigenschaften zu diesem Zweck genutzt werden kann. Die Forschungsergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht (Nature, Band 430, Seite 541, vom 29. Juli: „Magnetic Phase Control by an Electric Field“)

Die Forscher haben in der keramischen Verbindung Holmiummanganit ein System gefunden, dessen magnetische Phase durch ein externes elektrisches Feld kontrolliert werden kann. 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, eine Verdopplung der Frequenz einer Lichtwelle im Kristall, untersucht haben. Zudem haben sie bei 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, dadurch Änderungen der magnetischen Austauschpfade nachweisen und mit diesen das Schalten der magnetischen Ordnung erklären. Mit den Ergebnissen eröffnen sich Möglichkeiten zur Konstruktion neuartiger und effektiverer magnetischer Informationsspeicher. Die Wissenschaftler können 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. Den Beitrag aus Tübingen erarbeitete der Bereich Röntgen- und Neutronenstreuung des Instituts für Angewandte Physik, der aus dem Institut für Kristallographie hervorgegangen ist. Dessen Forschungsthemen sind neue magnetische Materialien, neue experimentelle Techniken zur Röntgen- und Neutronenbeugung und die Entwicklung neuer Verfahren zur Auswertung mittels Statistik und Gruppentheorie. 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.

Nähere Informationen:

Thomas Lonkai
Institut für Angewandte Physik
Universität Tübingen
c/o Hahn-Meitner-Institut Berlin
Glienicker Straße 100, 14109 Berlin
E-Mail lonkai@hmi.de
Tel. 030-806227-08