Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Antiferromagnetisches Dysprosium schaltet schneller

07.11.2017

HZB-Wissenschaftler haben einen Mechanismus identifiziert, mit dem sich möglicherweise schnellere und energiesparendere magnetische Speicher realisieren lassen. Sie verglichen, wie unterschiedliche magnetische Ordnungen im Seltenerd-Metall Dysprosium auf einen kurzen Laserpuls reagieren. Dabei fanden sie heraus, dass sich die magnetische Ordnung sehr viel schneller und mit deutlich geringerem Energieeinsatz verändern lässt, wenn die magnetischen Momente der einzelnen Atome nicht alle in dieselbe Richtung weisen (ferromagnetisch), sondern gegeneinander verdreht sind (antiferromagnetisch). Die Studie erschien am 6.11.2017 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters.

Dysprosium ist nicht nur das Element mit den stärksten magnetischen Momenten, sondern besitzt auch eine weitere interessante Eigenschaft: Je nach Temperatur weisen in Dysprosium die magnetischen Momente entweder alle in dieselbe Richtung (ferromagnetisch) oder sind gegeneinander verdreht (antiferromagnetisch). Somit lässt sich an ein und derselben Probe untersuchen, wie sich unterschiedlich angeordnete magnetische Momente verhalten, wenn sie durch einen äußeren Energiepuls angeregt werden.


Ein Laserpuls trifft auf die Dysprosium-Probe und verändert deren magnetische Ordnung. Dies geschieht rascher, wenn das Dysprosium vorher antiferromagnetisch (links) war.

HZB

Die Physikerin Dr. Nele Thielemann-Kühn hat nun an BESSY II diese Fragestellung untersucht. Die Röntgenquelle BESSY II ermöglicht es als eine der wenigen Einrichtungen weltweit, schnelle Prozesse wie die Störung magnetischer Ordnung zu beobachten.

Ihr Befund: In antiferromagnetischem Dysprosium lässt sich die magnetische Ordnung durch einen kurzen Laserpuls deutlich leichter umschalten als in ferromagnetischem Dysprosium. „Das hängt damit zusammen, dass atomare magnetische Momente mit einem Drehimpuls wie bei einem sich drehenden Kreisel verknüpft sind“, erklärt Thielemann-Kühn. Einen rotierenden Kreisel umzustoßen erfordert Kraft, da dessen Drehimpuls auf einen anderen Körper übertragen werden muss.

„Albert Einstein und Wander Johannes de Haas haben schon 1915 in einem berühmten Experiment gezeigt, dass wenn sich in einem frei aufgehängten Eisenstab die Magnetisierung ändert, der Stab anfängt sich zu drehen: Die Drehimpulse der atomaren Magnete werden an den Stab als Ganzes übertragen.

Zeigen die atomaren magnetischen Momente anfangs bereits in unterschiedliche Richtungen, können sie ihre Drehimpulse untereinander austauschen, so als würde man zwei entgegengesetzt rotierende Kreisel gegeneinander drücken“, erläutert Gruppenleiter Dr. Christian Schüssler-Langeheine.

Die Übertragung von Drehimpuls benötigt Zeit. Eine antiferromagnetische Ordnung, bei der diese Übertragung nicht erforderlich ist, sollte sich deshalb schneller stören lassen, als eine ferromagnetische Ordnung. Der experimentelle Beweis für diese Vermutung wurde jetzt in der Studie von Thielemann-Kühn und Kollegen erbracht. Darüber hinaus fand das Team auch heraus, dass der Energieeinsatz im Fall der antiferromagnetischen Momente deutlich geringer ist als für den Fall der ferromagnetischen Ordnung.

Aus dieser Beobachtung leiten die Wissenschaftler Vorschläge ab, wie sich durch eine Kombination von ferro- und antiferromagnetisch angeordneten Spins Materialien entwickeln ließen, die als magnetische Speicher geeignet sind und mit erheblich geringerem Energieeinsatz umgeschaltet werden könnten, als konventionelle Magneten.

Zur Publikation in Physical Review Letters (06 November 2017): Ultrafast and energy-efficient quenching of spin order: Antiferromagnetism beats ferromagnetism; Nele Thielemann-Kühn, Daniel Schick, Niko Pontius, Christoph Trabant, Rolf Mitzner, Karsten Holldack, Hartmut Zabel, Alexander Föhlisch, Christian Schüßler-Langeheine

DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.197202

Hervorgehoben als Focus story in "Physics": Quick Changes in Magnetic Materials

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht LTE-V2X-Direktkommunikation für mehr Verkehrssicherheit
15.11.2018 | FOKUS - Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

nachricht Elektronische Haut zeigt Weg nach Norden - HZDR-Forscher verleihen Menschen mit Sensoren Magnetsinn
15.11.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

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

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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