Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Relativität erschüttert einen Magneten

04.03.2014

Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz entwickeln neues Verfahren zur magnetischen Aufzeichnung / Veröffentlichung in Nature Nanotechnology

Die Forschungsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Jairo Sinova am Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Prag, Cambridge und Nottingham ein neuartiges physikalisches Phänomen vorhergesagt und entdeckt, das es ermöglicht, den Zustand eines Magneten durch elektrische Impulse zu beeinflussen.


Elektrisch erschütterter GaMnAs-Magnet

(Abb./©: Jairo Sinova)

Die aktuellen Technologien zur Aufzeichnung, Speicherung und Wiedergabe von Informationen sind entweder ladungs- oder spinbasiert. Dabei stellen die auf der Halbleitertechnik basierenden Flash- oder Direktzugriffsspeicher Paradebeispiele aus der großen Vielfalt ladungsbasierter Geräte dar.

Diese Geräte nutzen die Möglichkeit, die aus den Werten „0“ und „1“ bestehenden elektronischen Ladezustände von Halbleitern auf einfache Weise elektrisch zu beeinflussen und zu erfassen. Der Nachteil hierbei liegt darin, dass bereits schwache Störeinflüsse wie Verunreinigungen, Temperaturschwankungen oder Strahlung zu unkontrollierten Ladungsumverteilungen und in der Folge zu Datenverlust führen können. Spinbasierte Verfahren arbeiten nach einem völlig anderen Prinzip.

Bei manchen Materialien, wie etwa Eisen, erzeugen die Elektronenspins Magnetismus, wodurch die Position des Nord- und Südpols am Magneten zur Speicherung der 0- und 1-Werte genutzt werden kann. Genau diese Technologie steckt hinter Speicheranwendungen, die von Kilobyte-Magnetstreifenkarten bis zu Terabyte-Computerfestplatten reichen. Da in diesen Medien die Speicherung spinbasiert erfolgt, sind sie weit weniger anfällig für Ladestörungen.

Der Nachteil der derzeit existierenden Magnetspeicher besteht allerdings darin, dass das magnetische Bit an einen Elektro- oder anderen Permanentmagneten gekoppelt sein muss, um Nord- und Südpol des Magneten miteinander zu vertauschen, um also von „0“ auf „1“ zu wechseln und umgekehrt.

Wenn die Pole aber nun durch ein elektrisches Signal ohne den Einsatz eines anderen Magneten vertauscht werden könnten, wäre der Weg frei für eine völlig neuartige Generation von Speichermedien, die die Vorzüge der ladungsbasierten und der spinbasierten Medien ineinander vereint.

oder anderen Permanentmagneten auf elektrischem Wege zu erschüttern, muss man den Bereich der klassischen Physik verlassen und sich in die relativistische Quantenmechanik hineinbegeben. In Einsteins Relativitätstheorie können Elektronen unter dem Einfluss elektrischen Stroms ihre Spins so ausrichten, dass sie magnetisch werden.

Die Mainzer Forscher verwendeten einen GaMnAs-Permanentmagneten, legten in dessen Innerem einen elektrischen Strom an und erzeugten so eine neue interne Magnetwolke, durch die der sie umgebende Permanentmagnet beeinflusst werden kann. Die Arbeit wurde in der Ausgabe der Zeitschrift Nature Nanotechnology vom 2. März 2014 veröffentlicht.

Das beobachtete Phänomen ist eng mit dem relativistischen intrinsischen Spin-Hall-Effekt verwandt, den Jörg Wunderlich, Jairo Sinova und Tomas Jungwirth im Jahr 2004 entdeckten, nachdem er von Sinova und Forscherkollegen 2003 vorhergesagt worden war. Seitdem lässt sich anhand dieses Phänomens lehrbuchmäßig erläutern, wie jedes Material durch elektrische Ströme magnetisiert werden kann. „Vor zehn Jahren haben wir vorhergesagt und entdeckt, wie elektrische Ströme durch die intrinsischen Strukturen von Materialien reine Spinströme erzeugen können.

Nun haben wir nachgewiesen, dass dieser Effekt umgekehrt werden kann, um Magnete mithilfe einer strominduzierten Polarisation zu beeinflussen“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Jairo Sinova. „Diese neuartigen Phänomene bilden heute einen wichtigen Forschungsschwerpunkt, da sich daraus eine neue Generation von Speichermedien ergeben könnte. Neben unseren laufenden Kooperationen fügt sich diese Forschungsrichtung hervorragend in die aktuelle experimentelle Forschung an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ein. Es ist für mich ein großes Privileg, Teil dieser weltweit führenden Forschung zu sein und mit herausragenden Kollegen zusammenarbeiten zu dürfen. Ich bin schon jetzt ganz begeistert von den Möglichkeiten, die uns die Zukunft in diesem Bereich bietet.“

Veröffentlichung:
Kurebayashi, H., Sinova, J. et al.
An antidumping spin–orbit torque originating from the Berry curvature
Nature Nanotechnology, 2. März 2014
DOI: 10.1038/nnano.2014.15

Abbildung:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/08_physik_GaMnAs_magnet.jpg
Elektrisch erschütterter GaMnAs-Magnet
(Quelle/©: Jairo Sinova)

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Jairo Sinova
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel.: +49 6131 39-21284
E-Mail: sinova@uni-mainz.de
www.sinova-group.physik.uni-mainz.de/

Weitere Informationen:

http://www.uni-mainz.de/presse/59624.php - Pressemitteilung

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften