Stromsignal hinterlässt in Manganitkristall magnetische Spur

Optische und kristallographische Experimente belegen erstmals, dass man magnetische Signale durch elektrische Felder erzeugen kann. Für die jetzt veröffentlichten Experimente („Magnetic phase control by an electric field“, Nature, 29. 7. 2004, 430 / 541-544) wurden Manganitkristalle (HoMnO3) mit hexagonaler Atomstruktur untersucht.

Millionenfach dienen magnetische Muster auf Computerfestplatten zur Speicherung von Daten. Die magnetischen Informationscodes werden durch externe Magnetfelder geschrieben, die bei Festplatten in schneller Folge von sehr leistungsfähig miniaturisierten Schreib-Leseköpfen erzeugt werden. Dass es auch möglich ist, nachweisbare und bleibende magnetische Spuren in speziellen Kristallen durch reine Stromsignale zu erzeugen, konnte jetzt erstmals von Wissenschaftlern der Universität Tübingen und der Berliner Forschungszentren Max-Born-Institut und Hahn-Meitner-Institut nachgewiesen werden. Weil sich hierdurch neue Ansätze für die Datenspeicherung durch magnetoelektrische Effekte eröffnen, ist der Gegenstand der Untersuchung für die Informations-Technologie von großem Interesse. 

Für die jetzt veröffentlichten Experimente („Magnetic phase control by an electric field“, Nature, 29. 7. 2004, 430 / 541-544) wurden Manganitkristalle (HoMnO3) mit hexagonaler Atomstruktur unter Stickstoffkühlung untersucht. In laseroptischen Experimenten konnte dabei der Einfluss eines elektrischen Feldes auf die magnetische Ordnung eindeutig nachgewiesen werden. Weiterführende Neutronen-Streuexperimente in Berlin zeigten, dass die elektrischen Felder Änderungen der Abstände von Atomen bewirken und so zur Ausbildung bleibender ferromagnetischer Signale führen. 

Der Einfluss des elektrischen Feldes auf die magnetische Ordnung zeigt sich in optischen Messungen durch die Erzeugung einer „optischen zweiten Harmonischen“, mit der man die Verdopplung der Frequenz einer Lichtwelle in einem Kristall bezeichnet. Zudem wurde eine für ferromagnetisches Schalten typische Änderung der Schwingungsrichtung von Licht beim Anlegen des elektrischen Feldes beobachtet (Thomas Lottermoser, Manfred Fiebig Max-Born-Institut, Berlin). 

(Thomas Lonkai, Uwe Amann und Jörg Ihringer)Für die kristallographischen Streuexperimente mit Neutronen wurde ein Diffraktometer am Forschungsrektor im Hahn-Meitner-Institut Berlin eingesetzt (Thomas Lonkai und Dieter Hohlwein). Wie die mit hohem Aufwand und großer Exaktheit durchgeführten Messungen zeigten, verursacht die Wechselwirkung zwischen elektrischem Feld und magnetischer Ordnung feldabhängige Änderungen im Kristallgitter mit Auswirkung auf die magnetischen Austauschpfade, also feldabhängigen Änderungen der Atom-Atomabstände der magnetischen Ionen innerhalb des Kristalls. Zum Nachweis dieser mikroskopischen Effekte wurden an der Universität Tübingen neuartige Auswertungsstrategien entwickelt.

Seit mehr als zwei Jahrzehnten arbeiten das Berliner Zentrum für Neutronenstreuung BENSC im Hahn-Meitner-Institut und die Universität Tübingen erfolgreich zusammen. Im Rahmen eines Kooperationsvertrages betreibt Tübingen, anfangs unter der Leitung von Wolfram Prandl, derzeit unter der Leitung von Jörg Ihringer, in Berlin das weltweit einzigartige Flat-cone Diffraktometer E2, und stellt ebenfalls die Experimentverantwortlichen – vom Erbauer des Geräts, Dieter Hohlwein bis zu den jetzigen Experimentverantwortlichen Jens-Uwe Hoffmann und Thomas Lonkai. Das Flat-cone Diffraktometer zeichnet sich unter anderem durch außerordentlich niedrige Untergrundsignale und eine exzellente Neutronenausbeute aus. Für die Zukunft ist ein Ausbau mit Flächendetektoren geplant, verbunden mit einer neuen Generation der Datenauswertung, welche auch Analysen sehr komplizierter monokristalliner Strukturen ermöglicht. Projektmittel hierfür wurden jüngst vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bewilligt.

  • Link kopieren

Das könnte Sie auch interessieren

  • HZB gratuliert Peter Hegemann zum Nobelpreis
    Nachricht
    14.10.2026
    HZB gratuliert Peter Hegemann zum Nobelpreis
    Unser herzlicher Glückwunsch geht an Peter Hegemann, Professor für Neurowissenschaften und für Experimentelle Biophysik an der Humboldt-Universität zu Berlin. Gemeinsam mit Prof. Georg Nagel (Julius-Maximilians-Universität Würzburg) und Prof. Karl Deisseroth (Stanford University, USA) hat er den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie 2026 gewonnen. Wir freuen uns sehr für ihn, sein Team, die Humboldt-Universität und die gesamte Berliner Wissenschaft.
  • Gibt es eine Afrikanische Architektur?
    Interview
    08.10.2026
    Gibt es eine Afrikanische Architektur?
    Die weltweit erste Pan-African Biennale zu Architektur fand in diesem September in Nairobi, Kenia statt. Menschen aus Architektur, Kunst, Wissenschaft und Politik aus 54 afrikanischen Ländern und der Diaspora waren nach Nairobi gekommen, um sich dort auszutauschen: Zu traditionellen und aktuellen Bauweisen, Materialien, Erfahrungen und Projekten. Samira Aden hat diese Biennale als leitende Kuratorin mit organisiert. Wir haben mit ihr gesprochen.
  • BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-Oszillator
    Science Highlight
    23.09.2026
    BESSY II: Erster Film von Spinwellen im Nano-Oszillator
    Spin-Hall-Nano-Oszillatoren sind winzige Bauelemente auf Basis von ultradünnen CoFeB-Schichten. Sie wandeln Gleichstrom in Mikrowellensignale um und gelten als Option für eine besonders effiziente drahtlose Kommunikation oder für eine neue Technologie der Datenverarbeitung, die vom Gehirn inspiriert ist. Ein schwedisch-deutsches Team konnte nun an BESSY II zum ersten Mal die Magnetisierungsdynamik im Inneren eines solchen Spin-Hall-Nano-Oszillators abbilden, sozusagen filmen. Dazu nutzten sie die zeitaufgelöste Röntgen-Rastertransmissionsmikroskopie am MAXYMUS-Instrument. Die Abbildungen zeigen Merkmale von Spinwellen, die in den bisherigen indirekten Messverfahren nicht sichtbar waren. Die Studie ist in „Advanced Materials“ veröffentlicht.