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Magnetismus: Ultraschnelles magnetisches Phänomen beobachtet

Umkehren der MagnetisierungLaden...
Wie schnell lassen sich Daten auf ein magnetisches Speichermedium schreiben? Diese Frage ist bislang unbeantwortet. Denn die physikalischen Prozesse, die das mögliche Aufnahmetempo begrenzen, sind noch unerforscht. Nun haben Forscher um Ilie Radu von der Radboud-Universität Nijmegen die Wissenslücken verkleinert. Sie haben untersucht, wie der Magnetismus einer Gadolinium-Eisen-Kobalt Legierung auf äußerst kurze Laserpulse reagiert – und erzielten dabei ein überraschendes Ergebnis.

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Umkehren der Magnetisierung mit ultrakurzem Laserpuls | Die Graphik stellt in der Mitte den Laserpuls dar, der die magnetischen Momente des Gadolinium-Eisen-Kobalt-Legierung umkehrt. Die blauen Spiralen rechts und links symbolisieren die Röntgenpulse, die die Magnetisierung messen.
Die magnetische Datenverarbeitung basiert auf der Umkehrung der Magnetisierung an einzelnen Punkten des Speichermediums, etwa einer Festplatte, durch ein von außen angelegtes Magnetfeld. So kann die kleinste Informationseinheit – das Bit – durch die beiden Magnetisierungsrichtungen dargestellt werden. Das magnetische Verhalten von Materialien – und damit die Frage, wie schnell die Magnetisierungsrichtung gewechselt werden kann – wird von einem quantenmechanischen Effekt mit dem Namen Austauschwechselwirkung beherrscht. Die Atome wirken jedes für sich wie eine winzige Kompassnadel: Sie besitzen ein magnetisches Moment, wie Physiker sagen. Die Austauschwechselwirkung zwingt die magnetischen Momente dazu, sich parallel oder antiparallel auszurichten.

In der Legierung, die Ilie Radu und seine Kollegen untersuchten, sind die magnetischen Momente der Eisen- und Kobaltatome auf der einen sowie die der Gadoliniumatome auf der anderen Seite antiparallel ausgerichtet. Weil sich die magnetischen Momente unterscheiden, gibt es dennoch eine Netto-Magnetisierung des Materials. Die Forscher wollten nun wissen, wie schnell die Magnetisierung auf einen Laserpuls von nur 60 Femtosekunden (Trillionstel Sekunde) reagiert. Sollte sie sich infolge der Erhitzung durch den Puls in einer ähnlich kurzen Zeitspanne umkehren, dann wäre es möglich, die Schreib- beziehungsweise Lesegeschwindigkeiten der magnetischen Bits 10 000 Mal schneller zu machen als die Taktfrequenzen heutiger Computer, so Radu. Mit Hilfe einer elementspezifischen Methode, des so genannten Röntgendichroismus, konnten sie die Magnetisierung der einzelnen Atomarten beobachten. Es zeigte sich, dass sich die magnetischen Momente der Eisenatome innerhalb von 300 Femtosekunden umdrehten – viel schneller als die des Gadoliniums mit 1500 Femtosekunden. In der Zwischenzeit lagen die magnetischen Momente parallel zueinander, obwohl die Austauschwechselwirkung das eigentlich nicht erlaubt. "Das ist genauso merkwürdig, als würde der sich der Nordpol eines Magneten langsamer umkehren als dessen Südpol", schreibt Radu. (cm)
13. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 13. KW 2011

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