Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spintronik: Mit Spannung zwischen „0“ und „1“ umschalten

18.05.2015

In einer Struktur aus zwei verschiedenen ferroischen Schichten hat ein Team aus Paris und dem HZB es geschafft, mit Hilfe einer Spannung magnetische Domänen an und auszuschalten. Dies gelang jetzt schon nahe der Raumtemperatur. Ihre Arbeit ist für zukünftige Anwendungen in der Spintronik interessant, zum Beispiel um Daten mit weniger Energieaufwand schnell und effizient zu speichern. Die Ergebnisse sind nun in Scientific Reports veröffentlicht.

Im digitalen Zeitalter kann Information als Folge von „Bits“ in Form der Ziffern “0” und “1“ geschrieben werden. Dabei nutzt man Materialien mit ferromagnetischen Domänen, um digitale Informationen zu verarbeiten, indem man die Magnetisierung der einzelnen Bits über magnetische Felder kontrolliert. Dies erfordert jedoch viel Energie. Jetzt hat ein Team am HZB gemeinsam mit Lee C. Phillips und Kollegen aus Frankreich einen neuen Ansatz vorgestellt, der weniger Energie erfordert: Sie kontrollieren magnetische Domänen mit Hilfe eines elektrischen Feldes.


FeRh auf BTO mit den Domänen a und c: Bei 0 Volt befinden sich ferromagnetische Bereiche über a-Domänen. Bei 50 Volt wandeln sich a-Domänen zu c-Domänen. Dies schaltet den Magnetismus aus.

HZB

Probe aus zwei "ferroischen" Schichten

Ihre Probe bestand aus zwei Schichten mit unterschiedlichen ferroischen Eigenschaften: auf einem ferroelastischen BaTiO3 (BTO) Substrat brachten sie einen dünnen Film aus ferromagnetischem FeRh auf. Bereits im vergangenen Jahr beobachteten sie in diesem System eine starke magnetoelektrische Kopplung zwischen beiden Schichten, die es ermöglichte, über kleine elektrische Felder am BTO-Substrat einzelne Domänen in dem FeRh-Film zu verändern.

Nun fanden sie deutlich größere Effekte: „Wir konnten über eine niedrige Spannung am BTO-Substrat die ferromagnetischen Domänen im FeRh-Film vollständig an- oder ausschalten“, erklärt Sergio Valencia, der HZB-Forscher, der die Studie geleitet hat. Mit Hilfe von XPEEM-Daten an BESSY II beobachteten sie, wie das elektrische Feld am BTO-Substrat die magnetischen Ausrichtungen im FeRh-Film beeinflusste.

Spannung, Magnetismus,Temperatur

Dies funktioniert, weil das elektrische Feld am BTO-Substrat über einen ferroelastischen Effekt bestimmte kristalline Domänen im BTO verzerrt. Diese mechanische Spannung überträgt sich auf den FeRh-Film und schaltet seine ferromagnetischen Domänen aus. Oder wie es der Physiker Valencia ausdrückt: “Durch die Verzerrung im BTO steigt die Übergangstemperatur im FeRh an, die den antiferromagnetischen Zustand (keine Netto-Magnetisierung) von dem ferromagnetischen Zustand trennt. Normalerweise liegt diese Übergangstemperatur für FeRh um die 90 °C, aber unter mechanischer Spannung steigt sie auf etwa 120 °C.“

Um diesen Effekt zu demonstrieren, führten die Wissenschaftler das Experiment bei 115 °C durch, einer Temperatur, bei der ohne Spannung im FeRh ferromagnetische Domänen vorhanden sind. Sobald die Spannung angelegt wurde, wurden diese ferromagnetischen Domänen antiferromagnetisch, d.h. die Magnetisierung verschwand.

Umschalten nahe der Raumtemperatur

“Dies ist sehr wichtig”, erklärt Valencia. „Wir haben hier eine Struktur, die wir schon in der Nähe der Raumtemperatur zwischen zwei verschiedenen magnetischen Zuständen umschalten können. Das ist genau das, was wir brauchen, um Bauteile zu entwickeln, die bei Raumtemperatur arbeiten. Zudem reicht für das Umschalten bereits ein niedriges elektrisches Feld aus, das wenig Energie benötigt. Wir arbeiten nun daran, den FeRh-Film mit Palladium-Atomen zu dotieren, um diese Effekte noch näher an der Raumtemperatur zu erzeugen.“

Zur Publikation: Scientific Reports doi:10.1038/srep10026

Local electrical control of magnetic order and orientation by ferroelastic domain arrangements just above room temperature, L. C. Phillips, R. O. Cherifi, V. Ivanovskaya, A. Zobelli, I. C. Infante, E. Jacquet, N. Guiblin, A. A. Ünal, F. Kronast, B. Dkhil, A. Barthélémy, M. Bibes and S. Valencia

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
Weitere Informationen:
http://www.helmholtz-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern
15.09.2017 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik