Ein internationales Forscherteam hat kürzlich bedeutende Fortschritte bei der Nutzung von Licht zur Analyse und möglicherweise auch zur Manipulation magnetischer Strukturen erzielt. Die Wissenschaftler aus Dortmund, Dresden und dem Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) präsentieren vielversprechende Ansätze, um magnetische Zustände in Materialproben sowohl effektiv zu lesen als auch potenziell zu schreiben. TU Dortmund berichtet, dass der Zugriff auf Daten derzeit mit Geschwindigkeiten von nur einigen hundert Megabyte pro Sekunde erfolgt. Die neu entwickelten Methoden könnten diesen Prozess auf wenige Nanosekunden verkürzen.
In der aktuellen Publikation wurden extrem kurze und intensive Terahertz-Pulse verwendet, die am HZDR von der Strahlungsquelle „ELBE“ erzeugt wurden. Diese Pulse sind nicht nur in der Lage, die Magnetisierung von hauchdünnen Materialproben zu analysieren, sondern eröffnen auch neue Wege zur Manipulation magnetischer Strukturen innerhalb von Pikosekunden. Dr. Sergey Kovalev von der TU Dortmund und Dr. Ruslan Salikhov vom HZDR haben die Experimente geleitet. Sie haben analysiert, wie Terahertz-Pulse magnetische Wechselwirkungen schaffen, die für die Datenverarbeitung von Bedeutung sind.
Neue Möglichkeiten in der Datenspeicherung und -verarbeitung
Besonders aufregend sind die Entwicklungen im Bereich antiferromagnetischer Materialien, welche durch ihre abwechselnden Spin-Anordnungen charakterisiert sind. Ein Durchbruch wurde kürzlich vom Team des MPSD in Zusammenarbeit mit dem MIT erzielt. Die Wissenschaftler konnten mit Hilfe eines Terahertz-Lasers einen neuen, langanhaltenden magnetischen Zustand in einem antiferromagnetischen Material erzeugen. Diese Erkenntnisse könnten sich als bahnbrechend für die Entwicklung robuster Speicherchips herausstellen. Laut MPSD wurde das Material FePS3 verwendet, das bei etwa 118 Kelvin (-115 °C) seine antiferromagnetische Phase erreicht.
Ein Terahertz-Puls konnte die Spins der Atome in eine neue Position bringen, wodurch eine Nettomagnetisierung induziert wurde. Dieser Zustand hielt einige Millisekunden an, was eine signifikante Verlängerung im Vergleich zu früheren Experimenten darstellt. Diese Methode könnte neue Wege eröffnen, um magnetische Eigenschaften gezielt zu steuern.
Technologische Herausforderungen und Perspektiven
Ein zentrales Konzept in dieser Forschung ist die Wechselwirkung zwischen Spins und Phononen, die als „Klebstoff“ fungieren und Befehle an die Magnetisierung übertragen. Während eines solchen Prozesses werden die atomaren Abstände moduliert, was eine Änderung der magnetischen Eigenschaften zur Folge hat. Scinexx hebt hervor, dass diese Forschung noch als Grundlagenforschung gilt, denn die Herausforderung besteht darin, zuverlässige Methoden zur Umschaltung zwischen verschiedenen magnetischen Zuständen zu entwickeln.
Diese neuen Technologien erfordern zudem kompaktere Quellen für kurze Terahertz-Pulse und leistungsfähige Sensoren zur Analyse. Die Erkenntnisse der Forscher könnten langfristig die Art und Weise revolutionieren, wie Daten gespeichert und verarbeitet werden, indem sie nicht nur das Lesen, sondern auch das Schreiben magnetisch gespeicherter Daten mit Terahertz-Strahlung ermöglichen.
