Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spin-Tanz im Terahertz-Takt

23.11.2010
Konstanzer Physiker an neuem Verfahren zur Kontrolle des Elektronenspins beteiligt

Physikern einer europäischen Forschungskooperation – darunter Forscher der Universität Konstanz – ist es gelungen, die Bewegung kleinster Elementarmagnete, die so genannten „Spins“ von Elektronen, mit bisher unerreichter Geschwindigkeit und Präzision zu kontrollieren.

Dieses neue Verfahren könnte langfristig die Datenspeicher der Zukunft deutlich kompakter und schneller werden lassen. Möglich wird das Verfahren durch Terahertz-Impulse – Laserlichtblitze, deren Magnetfeldkomponente direkt auf die Spins einwirkt. In der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsjournals „Nature Photonics“ stellen die Forscher ihre Erkenntnisse vor.

Der Elektronenspin kann als Pirouette des Elementarteilchens um die eigene Achse verstanden werden. Da diese Bewegung mit einem elektrischen Stromfluss einhergeht, weist das Elektron magnetische Eigenschaften wie eine winzige Kompassnadel auf. In Computerfestplatten summiert sich eine astronomische Anzahl dieser Spins zu einem messbaren magnetischen Signal und repräsentiert je nach Orientierung den Binärwert „0“ oder „1“, also ein einzelnes Bit.

Ähnlich wie eine Kompassnadel durch das Erdmagnetfeld ausgerichtet wird, kann nun die Orientierung der Spins anhand von Magnetfeldern manipuliert werden. Dazu werden in einer Festplatte einfache Spulen verwendet. Diese sind aber nicht beliebig schnell schaltbar und beschränken damit die Lese- und Schreibgeschwindigkeit.

Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Universität Bonn, des Instituts für Atom- und Molekularphysik in Amsterdam und des Fritz Haber-Instituts in Berlin haben nun eine Möglichkeit gefunden, die Bewegungen der Spins mithilfe der Magnetfelder von Laserimpulsen deutlich schneller und präziser zu kontrollieren. Die Forscher setzen eine hochintensive Lichtquelle ein, die jüngst am Konstanzer Centrum für Angewandte Photonik (CAP) entwickelt wurde, um starke Magnetimpulse im Terahertzbereich zu erzeugen. Die Terahertz-Impulse sind derart kurz, dass sie nur aus einer einzelnen Lichtschwingung bestehen.

Das magnetische Feld wird dabei so groß, dass es im Experiment mit Nickeloxid die Elektronen aus ihren ursprünglichen Drehrichtungen stößt. Dadurch geraten die mikroskopischen Magnete wie kleine Kreisel ins Schlingern. Diese Bewegung vollzieht sich unvorstellbar schnell mit dem millionfachen einer Million Umdrehungen pro Sekunde – dies ist um den Faktor 1000 schneller als die Ergebnisse mit bisher üblichen Spulen.

Den Forschern ist es gelungen, diese Schwingungen mit einer extremen Zeitlupenkamera in Echtzeit zu verfolgen. Darüber hinaus können sie sogar gezielt in das atomare Geschehen eingreifen: Beispielsweise können sie die zuvor angestoßene Präzession der Spins mit einem maßgeschneiderten Laserimpuls abrupt innerhalb von nur einer billionstel Sekunde stoppen.

Neben möglichen technischen Anwendungen betonen die Wissenschaftler vor allem die Bedeutung ihrer Experimente für die Grundlagenforschung. So lassen sich mit der neuen Technik Spins auf kürzesten Zeitskalen und in praktisch allen Materialien erforschen, die für Terahertz-Strahlung durchlässig sind.

Originalpublikation:
T. Kampfrath, A. Sell, G. Klatt, A. Pashkin, S. Mährlein, T. Dekorsy, M. Wolf, A. Leitenstorfer und R. Huber, „Coherent terahertz control of antiferromagnetic spin waves“, Nature Photonics, DOI 10.1038-NPHOTON.2010.259 (2010).
Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon 07531 / 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de
Dr. Tobias Kampfrath
Fritz Haber-Institut Berlin
Department of Physical Chemistry
E-Mail: kampfrath@fhi-berlin.mpg.de
Dr. Alexander Sell
Universität Konstanz
Fachbereich Physik
Universitätsstraße 10
78464 Konstanz
Telefon: 07531 / 88-3840
E-Mail: Alexander.Sell@uni-konstanz.de
Prof. Dr. Thomas Dekorsy
Universität Konstanz
Moderne Optik und Photonik
Universitätsstraße 10
78464 Konstanz
Telefon: 07531 / 88-3820
E-Mail: Thomas.Dekorsy@uni-konstanz.de
Prof. Dr. Rupert Huber
Universität Konstanz
Fachbereich Physik
Universitätsstraße 10
78464 Konstanz
Telefon: 07531 / 88-4680
E-Mail: Rupert.Huber@uni-konstanz.de

Julia Wandt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-konstanz.de
http://www.pi.uni-konstanz.de/2010/elektronenspin.jpg

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie
06.12.2016 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

nachricht Neue Perspektiven durch gespiegelte Systeme
05.12.2016 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

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: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften