Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Elektrizität Magnetismus umschalten

17.01.2018

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.

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:


Elektrizität und Magnetismus

Graphische Gestaltung: Jakob Listabarth


Eine Herausforderung: Zwischen magnetischen Speichern und elektrischen Schreibsignalen richtig zu vermitteln

Graphische Gestaltung: Jakob Listabarth

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

Rückfragen:
Prof. Andrei Pimenov
Institut für Festkörperphysik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-137 23
andrei.pimenov@tuwien.ac.at

https://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/125534/

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Moleküle brillant beleuchtet
23.04.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Wie zerfallen kleinste Bleiteilchen?
23.04.2018 | Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Im Focus: Metalle verbinden ohne Schweißen

Kieler Prototyp für neue Verbindungstechnik wird auf Hannover Messe präsentiert

Schweißen ist noch immer die Standardtechnik, um Metalle miteinander zu verbinden. Doch das aufwändige Verfahren unter hohen Temperaturen ist nicht überall...

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Moleküle brillant beleuchtet

23.04.2018 | Physik Astronomie

Sauber und effizient - Fraunhofer ISE präsentiert Wasserstofftechnologien auf Hannover Messe

23.04.2018 | HANNOVER MESSE

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

23.04.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics