Röntgenlaser FLASH deckt schnellen Entmagnetisierungsprozess auf
Die Magnetkraftmikroskop-Aufnahme einer 10µm mal 10µm großen
Probe zeigt die Labyrinth-artige Struktur der magnetischen Domänen.
© Bastian Pfau
Ein internationales Forscherteam hat am Freie-Elektronen-Laser FLASH am Helmholtz-Forschungszentrum DESY einen überraschenden Effekt entdeckt, der in ferromagnetischen Materialien zu einer schnelleren Entmagnetisierung führen kann. Dieser Effekt könnte ein Schlüssel zur weiteren Miniaturisierung und Beschleunigung von magnetischen Speichern sein. Die Wissenschaftler um Prof. Dr. Stefan Eisebitt vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der TU Berlin veröffentlichten ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Nature Communications“ (DOI 10.1038/ncomms2108).
„Dass sich durch Lichtpulse lokal die Magnetisierung eines Materials ändern lässt, ist schon lange bekannt, aber nun haben wir den Prozess erstmals sehr viel genauer beobachtet und dabei noch einen neuen Mechanismus entdeckt “, erklärt Stefan Eisebitt. Denn die meisten ferromagnetischen Materialien bestehen aus vielen einzelnen, magnetisch unterschiedlich ausgerichteten Domänen. „Beim Beschuss mit Laserlicht flitzen freigesetzte Elektronen durch das Material und gelangen aus einer Domäne in eine andersherum magnetisierte Domäne. Dabei tragen diese Elektronen einen Teil der Magnetisierung durch die Probe und können so die lokale Magnetisierung zerstören“, erläutert Nachwuchswissenschaftler und Erstautor der Veröffentlichung Bastian Pfau von der TU Berlin.
Die Experimente führten die Forscher aus TU Berlin, HZB und DESY sowie ihre Kollegen aus den Universitäten Hamburg und Paris sowie sechs weiteren Forschungseinrichtungen, darunter auch dem Stanford Linear Accelerator Center SLAC, USA, an DESYs Freie-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg durch. Zuvor hatten sie die Domänenmuster an den Synchrotronanlagen BESSY II am HZB und SOLEIL bei Paris charakterisiert. Sie untersuchten Proben aus einem Kobalt-Platin-Schichtsystem, dessen nanometerfeine magnetische Domänen Labyrinth-artige Strukturen bilden. „Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass die Lage und Dichte magnetischer Domänengrenzen das Demagnetisierungsverhalten beeinflussen kann“, erklärt Stefan Eisebitt. „Das liefert einen neuen Ansatz, um schnellere und kleinere magnetische Datenspeicher zu entwickeln, nämlich durch den gezielten Aufbau magnetischer Nanostrukturen.“
- 3D-Magnetfeld-Experiment an BESSY II bringt Spintronik voran(Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P oder kurz FNPP ist ein magnetisches Material, das auch schon bei Raumtemperatur komplexe magnetische Strukturen zeigt. Das macht das Material für die Spintronik interessant, die Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieeinsatz ermöglichen würde, zum Beispiel neuartige Datenspeicher. Allerdings müsste es dafür gelingen, die gewünschten Strukturen kontrolliert zu erzeugen und zu verändern, und das ist bisher noch eine Herausforderung. Eine neue Studie unter Federführung des HZB ist hier nun einen Schritt vorangekommen. Mit einem weltweit einzigartigen Instrument, dem VEKMAG an BESSY II, zeigten sie, dass ein sehr kleines äußeres Magnetfeld in der Ebene der Strukturen ausreicht, um diese zu verändern.
- Wichtiger Schritt zum Nachweis von Fraktonen in QuantenspinflüssigkeitenNachdem allgemeinere Eichfeldtheorien die Existenz von Fraktonen in Quantenspinflüssigkeiten bereits vorhergesagt haben, ist es einem Team des HZB gelungen diese Quasiteilchen auch in einem Quanten-Festkörpermodell nachzuweisen.
- Magnetische Bildgebung: Mikroblumen verstärken das lokale MagnetfeldMaterialien mit magnetischen Nanostrukturen bieten viele Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise in der Spintronik. Um solche Materialien zu untersuchen, sind magnetisch empfindliche Bildgebungsverfahren im Nanobereich geeignet, bisher konnten während des Bildgebung jedoch nur schwache Magnetfelder angelegt werden. Nun hat eine internationale Forschungsgruppe unter der Leitung von Dr. Sergio Valencia vom HZB einen Ansatz entwickelt, der diese Einschränkung überwindet. Das Team entwarf winzige Magnetflusskonzentratoren (MFCs). Die Geometrie der MFCs ähnelt einer Blume und fokussiert das angelegte Magnetfeld auf das Zentrum, in dem die Probe sitzt. Die „Mikroblumen“, die das Magnetfeld lokal verstärken, können in vielen nanometrischen magnetischen Mikroskopieverfahren eingesetzt werden.