Ultraschnelle Taktgeber

Vor einigen Jahren haben Forscher eine spannende Entdeckung gemacht: Winzige Nanomagneten können Mikrowellenstrahlung aussenden.

In Zukunft, so die Hoffnung, könnten solch steuerbare nanometergroße Mikrowellenstrahler – sogenannte spin-torque nano-oscillators (STNOs) – zum Beispiel als ultraschnelle Taktgeber in Handys oder Computern eingesetzt werden und deren Leistungsfähigkeit erhöhen.

Der Schlüssel zur Entstehung der Mikrowellenstrahlung ist der Spin der Elektronen: Legt man über einen elektrischen Kontaktpunkt Spannung an die Nanomagneten, beeinflusst diese den Spin und sorgt so dafür, dass sich die magnetischen Pole ständig neu ausrichten – so die Theorie. Dabei entstünde die Mikrowellenstrahlung. Physiker der Universität Münster haben gemeinsam mit einem US-amerikanischen Kollegen nun erstmals experimentell nachgewiesen, dass ein STNO tatsächlich magnetische Wellen ausstrahlt. Die Arbeit ist in der aktuellen Online-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Materials“ veröffentlicht.

Die theoretischen Modelle der STNOs basieren im Wesentlichen auf zwei Pionierarbeiten, die eine Entstehung von magnetischen Wellen vorhersagen. Trotz zahlreicher experimenteller Untersuchungen in den vergangenen zehn Jahren konnte die Ausstrahlung solcher Wellen nicht beobachtet werden – bis jetzt. Dr. Vladislav Demidov und Prof. Dr. Sergej Demokritov von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben die Wellen nun erstmals experimentell nachgewiesen, gemeinsam mit Prof. Dr. Sergei Urazhdin von der Universität West Virginia, USA. Dabei konnten sie die Wellen, die von den STNOs ausgestrahlt werden, zum ersten Mal zweidimensional abbilden. „Damit haben wir die theoretischen Vorhersagen darüber, welche Prozesse sich in STNOs abspielen, nun auch experimentell bestätigt“, sagen die Forscher.

Die Entdeckung wurde durch eine spezielle Mikroskopie-Technik ermöglicht, die extrem hoch aufgelöste zweidimensionale Aufnahmen ermöglicht. Die Forscher konnten zeigen, dass die STNOs magnetische Wellen in Form gerichteter Strahlen aussenden, vergleichbar mit Laserstrahlen. Die Richtung dieser Strahlen kann durch die elektronische Steuerung des magnetischen Feldes gelenkt werden. „Unsere Entdeckung ist von zentraler Bedeutung, um die Physik der STNOs zu verstehen. Ebenso wichtig wird sie in Zukunft für die Anwendung von Nanomagneten sein, beispielsweise in der Kommunikationstechnologie“, so Sergej Demokritov.

Die Arbeitsgruppe „Nichtlineare magnetische Dynamik“ von Sergej Demokritov untersucht dynamische magnetische Prozesse in Nanostrukturen. Vor vier Jahren hat die Gruppe bei Raumtemperatur einen neuartigen Quantenzustand erzeugt – ein auch als „Superatom“ bezeichnetes Bose-Einstein-Kondensat aus magnetischen Teilchen. Die Fachzeitschrift Scientific American kürte Sergej Demokritov für diese Entdeckung zu einem der 50 besten Wissenschaftler des Jahres 2007.

Links:
Literatur: „Nature Materials“ advance online publication
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/abs/nmat2882.html
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