|
An der TU Wien gelang ein wichtiger Schritt zur Verbindung von elektrischen und magnetischen
Materialeigenschaften – ein Zusammenhang, der für die Elektronik eine wichtige Rolle spielt.
Wien (tu) - Dass Elektrizität und Magnetismus eng miteinander zusammenhängen, weiß man schon
lange. 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 sogenannten Multiferroika,
verbinden allerdings beides. Nun gelang es an der TU Wien, magnetische Schwingungen bestimmter eisenhältiger
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.
Elektrische und magnetische Materialien: Zwei verschiedene Welten
In der Festkörperphysik hat man es oft mit Materialeigenschaften zu tun, die sich mit magnetischen oder elektrischen
Feldern beeinflussen lassen. Doch normalerweise kann man magnetische und elektrische Effekte getrennt voneinander
betrachten, weil sie ganz unterschiedliche Ursachen haben: Magnetische Effekte kommen daher, dass Teilchen eine
innere magnetische Richtung haben, den sogenannten 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 Prof. Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Er forscht an solchen
speziellen Materialien, den „Multiferroika“ bereits seit einigen Jahren. Weltweit gelten Multiferroika heute als
vielversprechendes neues Feld in der Festkörperphysik. Interessante Experimente zur Kopplung von magnetischen
und elektrischen Effekten gab es bereits, nun gelang es Pimenov und seinem Forschungsteam 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 300 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.
Magnetische Datenspeicher, elektrisches Schreiben
Interessant ist das ganz besonders für künftige Elektronik: „Unsere 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.
Originalpublikation: Switching
of Magnons by Electric and Magnetic Fields in Multiferroic Borates, A.?M. Kuzmenko et al., Phys. Rev. Lett. 120.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.027203
|
