Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Elektrizität Magnetismus umschalten

17.01.2018

An der TU Wien gelang ein wichtiger Schritt zur Verbindung von elektrischen und magnetischen Materialeigenschaften – ein Zusammenhang, der für die Elektronik eine wichtige Rolle spielt.

Dass Elektrizität und Magnetismus eng miteinander zusammenhängen, weiß man schon lange. Doch in der Materialwissenschaft hat man magnetische und elektrische Effekte lange Zeit getrennt voneinander beobachtet:


Elektrizität und Magnetismus

Graphische Gestaltung: Jakob Listabarth


Eine Herausforderung: Zwischen magnetischen Speichern und elektrischen Schreibsignalen richtig zu vermitteln

Graphische Gestaltung: Jakob Listabarth

Magnetische Materialeigenschaften beeinflusst man normalerweise mit magnetischen Feldern, elektrische Eigenschaften mit elektrischer Spannung. Eine spezielle Klasse von Materialien, die sogenannten Multiferroika, verbinden allerdings beides.

Nun gelang es an der TU Wien, magnetische Schwingungen bestimmter eisenhältiger Materialien mit Hilfe elektrischer Felder zu kontrollieren. Vielversprechende Möglichkeiten eröffnen sich damit für die Computertechnik, wo Daten in Form elektrischer Signale übertragen aber magnetisch abgespeichert werden.

Elektrische und magnetische Materialien: Zwei verschiedene Welten

In der Festkörperphysik hat man es oft mit Materialeigenschaften zu tun, die sich mit magnetischen oder elektrischen Feldern beeinflussen lassen. Doch normalerweise kann man magnetische und elektrische Effekte getrennt voneinander betrachten, weil sie ganz unterschiedliche Ursachen haben:

Magnetische Effekte kommen daher, dass Teilchen eine innere magnetische Richtung haben, den sogenannten Spin. Elektrische Effekte hingegen haben damit zu tun, dass es positive und negative Ladungen im Material gibt, die sich räumlich zueinander verschieben können.

„Bei Materialien mit ganz bestimmten räumlichen Symmetrien kann man allerdings beides miteinander verknüpfen“, erklärt Prof. Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Er forscht an solchen speziellen Materialien, den „Multiferroika“ bereits seit einigen Jahren. Weltweit gelten Multiferroika heute als vielversprechendes neues Feld in der Festkörperphysik.

Interessante Experimente zur Kopplung von magnetischen und elektrischen Effekten gab es bereits, nun gelang es Pimenov und seinem Forschungsteam erstmals, hochfrequente magnetische Schwingungen eines Materials aus Eisen, Bor und seltenen Erden mit elektrischen Feldern zu kontrollieren.

„Das Material enthält dreifach positiv geladene Eisenatome. Sie haben ein magnetisches Moment, das mit einer Frequenz von 300 Gigahertz schwingt“, sagt Pimenov. „Dass man solche Schwingungen mit einem magnetischen Feld steuern kann, wäre naheliegend. Wir konnten allerdings zeigen, dass sich diese Schwingungen durch ein elektrisches Feld gezielt variieren lassen.“ Ein dynamischer magnetischer Effekt – ein magnetischer Schwingungszustand der Eisenatome – kann also durch ein statisches elektrisches Feld ein- oder ausgeschaltet werden.

Magnetische Datenspeicher, elektrisches Schreiben

Interessant ist das ganz besonders für künftige Elektronik: „Unsere Festplatten speichern Daten magnetisch. Es ist allerdings recht schwer, Daten magnetisch schnell und präzise zu schreiben“, sagt Pimenov. „Ein elektrisches Feld punktgenau anzulegen, ist viel einfacher, dazu genügt ein simpler Spannungspuls, das geht sehr schnell und ohne nennenswerte Energieverluste.“ Mit Materialien, die magnetische und elektrische Effekte koppeln, könnten sich die Vorteile von magnetischem Speichern und elektrischem Schreiben möglicherweise verbinden lassen.

Originalpublikation: Switching of Magnons by Electric and Magnetic Fields in Multiferroic Borates, A.?M. Kuzmenko et al., Phys. Rev. Lett. 120.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.027203

Rückfragen:
Prof. Andrei Pimenov
Institut für Festkörperphysik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-137 23
andrei.pimenov@tuwien.ac.at

https://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/125534/

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kosmische Katastrophe bestätigt Einsteins Relativitätstheorie
10.07.2020 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen
09.07.2020 | Universität Hamburg

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: Elektrische Spannung aus Elektronenspin – Batterie der Zukunft?

Forschern der Technischen Universität Ilmenau ist es gelungen, sich den Eigendrehimpuls von Elektronen – den sogenannten Elektronenspin, kurz: Spin – zunutze zu machen, um elektrische Spannung zu erzeugen. Noch sind die gemessenen Spannungen winzig klein, doch hoffen die Wissenschaftler, auf der Basis ihrer Arbeiten hochleistungsfähige Batterien der Zukunft möglich zu machen. Die Forschungsarbeiten des Teams um Prof. Christian Cierpka und Prof. Jörg Schumacher vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik wurden soeben im renommierten Journal Physical Review Applied veröffentlicht.

Laptop- und Handyspeicher der neuesten Generation nutzen Erkenntnisse eines der jüngsten Forschungsgebiete der Nanoelektronik: der Spintronik. Die heutige...

Im Focus: Neue Erkenntnisse über Flüssigkeiten, die ohne Widerstand fließen

Verlustfreie Stromleitung bei Raumtemperatur? Ein Material, das diese Eigenschaft aufweist, also bei Raumtemperatur supraleitend ist, könnte die Energieversorgung revolutionieren. Wissenschaftlern vom Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter“ an der Universität Hamburg ist es nun erstmals gelungen, starke Hinweise auf Suprafluidität in einer zweidimensionalen Gaswolke zu beobachten. Sie berichten im renommierten Magazin „Science“ über ihre Experimente, in denen zentrale Aspekte der Supraleitung in einem Modellsystem untersucht werden können.

Es gibt Dinge, die eigentlich nicht passieren sollten. So kann z. B. Wasser nicht durch die Glaswand von einem Glas in ein anderes fließen. Erstaunlicherweise...

Im Focus: The spin state story: Observation of the quantum spin liquid state in novel material

New insight into the spin behavior in an exotic state of matter puts us closer to next-generation spintronic devices

Aside from the deep understanding of the natural world that quantum physics theory offers, scientists worldwide are working tirelessly to bring forth a...

Im Focus: Im Takt der Atome: Göttinger Physiker nutzen Schwingungen von Atomen zur Kontrolle eines Phasenübergangs

Chemische Reaktionen mit kurzen Lichtblitzen filmen und steuern – dieses Ziel liegt dem Forschungsfeld der „Femtochemie“ zugrunde. Mit Hilfe mehrerer aufeinanderfolgender Laserpulse sollen dabei atomare Bindungen punktgenau angeregt und nach Wunsch aufgespalten werden. Bisher konnte dies für ausgewählte Moleküle realisiert werden. Forschern der Universität Göttingen und des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Göttingen ist es nun gelungen, dieses Prinzip auf einen Festkörper zu übertragen und dessen Kristallstruktur an der Oberfläche zu kontrollieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Das Team um Jan Gerrit Horstmann und Prof. Dr. Claus Ropers bedampfte hierfür einen Silizium-Kristall mit einer hauchdünnen Lage Indium und kühlte den Kristall...

Im Focus: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Intensiv- und Notfallmedizin: „Virtueller DIVI-Kongress ist ein Novum für 6.000 Teilnehmer“

08.07.2020 | Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

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

Erster Test für neues Roboter-Umweltmonitoring-System der TU Bergakademie Freiberg

10.07.2020 | Informationstechnologie

Binnenschifffahrt soll revolutioniert werden: Erst ferngesteuert, dann selbstfahrend

10.07.2020 | Verkehr Logistik

Robuste Hochleistungs-Datenspeicher durch magnetische Anisotropie

10.07.2020 | Informationstechnologie

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