Neuer Effekt beim Laserinduzierten Umschalten von Bits für höhere Speicherdichten
BFO hat eine Perowskit-Kristallstruktur. © Universität Tokio
Ein internationales Team hat an BESSY II eine neue Möglichkeit entdeckt, wie sich die Informationsdichte in Speichermedien künftig weiter erhöhen lässt. Sie beschossen dafür das ferromagnetische Material BaFeO3 (BFO) mit kurzen Laserpulsen, welche einen kurzzeitigen Phasenübergang im Material bewirken. Das ermöglichte es, ansonsten stabile magnetische Regionen sehr lokal umzuschalten. Dies konnten sie mit ultrakurzen Röntgenpulsen an der Femtospex-Anlage nachweisen. Dieser Effekt könnte einen neuen Weg eröffnen, um Daten zu speichern. Die Ergebnisse sind nun in Phys. Rev. Letters publiziert.
Eine internationale Kooperation hat nun einen völlig neuen Ansatz vorgestellt, um die Energiebarriere in einem magnetischen Material zu überwinden. Sie erniedrigen die Barriere für die magnetische Manipulation, indem sie einen Phasenübergang im Material hervorrufen, vom isolierenden zum metallischen Zustand. Das Team, das von Prof. Hiroki Wadati von der Universität Tokio geleitet wird, hat das Material BaFeO3 (BFO) mit ultrakurzen Röntgenpulsen am Femtospex-Messplatz der Photonenquelle BESSY II des HZB untersucht. BFO ist ein ferromagnetischer Isolator mit stabiler magnetischer Ordnung. Wenn man das Material aber mit Laserpulsen oberhalb einer bestimmten Schwellenleistung beschießt, lässt sich dessen magnetische Ordnung auf einmal leicht manipulieren.
Ursache ist ein lokaler Phasenübergang
Die Forscher konnten den Schwellenwert für das magnetische Umschalten ermitteln und zeigen, dass sich dabei ein Übergangszustand im Material bildet: Kurzfristig wird der Isolator BFO metallisch. Anders als in üblichen magnetischen Materialien, wo Laser-Anregung einen quasi-metallischen Zustand nur für weniger als ein Billionstel einer Sekunde herbeiführt, stabilisiert sich in BFO der metallische Zustand selbst. Er bleibt dadurch etwa tausendmal länger erhalten und besteht damit lange genug, um in dieser Zeit z.B. Bits mit einem kurzen Magnetfeldpuls zu schreiben. Dadurch ist der Effekt für technische Anwendungen interessant.
Ultraschneller Prozess am Femtospex-Messplatz beobachtet
Die Ergebnisse, die nun in Phys. Rev. Letters publiziert sind, zeigen einen neuen Weg auf, um Daten zu manipulieren. Solch ein umfassendes Bild von ultraschnellen Prozessen in einem Material zu gewinnen war möglich, weil der Femtospex-Messplatz an BESSY II des HZB, es erlaubt, magnetische und spektroskopische Informationen in ein und demselben Experiment zu gewinnen.
Zur Publikation: Photoinduced Demagnetization and Insulator-to-Metal Transition in Ferromagnetic Insulating BaFeO3 Thin Films. T. Tsuyama, S. Chakraverty, S. Macke, N. Pontius, C. Schüßler-Langeheine, H. Y. Hwang, Y. Tokura, and H. Wadati
Phys. Rev. Lett. 116, 256402
doi: 10.1103/PhysRevLett.116.256402
- 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.
- Erstmals gesicherte Zahlen: Investitionen in BESSY lohnen sich für Berlin und DeutschlandEine Wirkungsanalyse des DIW Econ zeigt den wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Wert von BESSY II. Jeder investierte Euro bringt Deutschland drei Euro ein, dem Land Berlin sogar zehn Euro. Darüber hinaus gibt die Studie eine wirtschaftliche Prognose zum Bau von BESSY III.
Die Wirkungsanalyse wurde am 3. September 2026 an Dr. Henry Marx, Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung im Berliner Senat übergeben. Er befürwortet Investitionen und setzt sich mit Nachdruck für BESSY III ein. - BESSY II gibt Einblick in die Oxidationsprozesse von KupferBevor sich reines Kupferoxid bildet, entstehen komplexe Superstrukturen aus Kupfer- und Sauerstoffatomen wie „29“CuxO. Einblicke in diese „29“-CuxO-Superstruktur sind relevant für die Katalysatorforschung und den Korrosionsschutz bei der Entwicklung von Kupferbehältern für Endlager für radioaktive Abfälle.