Helmholtz-Zentrum
Verständnis von optisch steuerbaren Datenspeichern vertieft
Forscher des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) haben erstmals das Schalten von magnetischen Materialeigenschaften per Laserlicht durch Wärmeeffekte analysiert und das Verständnis optisch steuerbarer Magnet-Datenspeicher vertieft.
Die jetzt im Magazin »Scientific Reports« veröffentlichte Arbeit befasst sich mit aussichtsreichen, mit Laserlicht beschriebenen Datenspeichern, an denen seit Jahren geforscht wird. Bislang sind jedoch noch etliche Fragen zu den grundlegenden Mechanismen und zur genauen Funktionsweise optisch steuerbarer Magnetspeicher offen“, sagt Dr. Florian Kronast, stellvertretender Leiter der Abteilung Materialien für grüne Spintronik am Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB).
Die Forscher richteten einen Lichtstrahl eines Infrarotlasers mit nur 3 Mikrometern Durchmesser auf eine nanometerdünne magnetische Schicht der Legierung TbFe aus den Metallen Terbium und Eisen. »Das ist weit weniger als bei bisherigen Experimenten üblich war«, sagt HZB-Wissenschaftlerin Ashima Arora, die Erstautorin der Studie. Und es ermöglichte den Forschern eine bislang einzigartige Detailschärfe. Die Abbildung der magnetischen Domänen in der Legierung, die das Team mithilfe von Röntgenlicht aus der Synchrotron-Strahlungsquelle BESSY II erstellte, offenbarte Feinheiten von 30 Nanometer Größe.
Um den schmalen Laserfleck herum bildet sich ein ringförmiger Bereich, der zwei magnetisch unterschiedliche Regionen voneinander trennt. Innerhalb des Rings ist das zuvor vorhandene Muster der Magnetisierung durch die Erwärmung vollständig ausgelöscht. In der Zone außerhalb bleibt es dagegen in der ursprünglichen Form erhalten. In dem schmalen Ring dazwischen stellt sich eine Temperaturverteilung ein, die eine Änderung der Magnetisierung durch Verschieben der Domänenränder ermöglicht. »Nur dort spielt sich das Schalten der Magneteigenschaften ab, bei einem Speicher also das Ablegen der Daten«, erklärt Arora.
»Diese neuen Erkenntnisse werden helfen, optisch gesteuerte Magnetspeicher mit den bestmöglichen Eigenschaften zu entwickeln«, meint Florian Kronast. Zu einem besseren Verständnis der dafür wichtigen physikalischen Prozesse trägt ein weiterer Effekt bei, den die Forscher am HZB erstmals und überraschend beobachtet haben: Die Art, wie das Schalten der Magnetisierungen geschieht, hängt empfindlich von der Dicke der mit Laserlicht bestrahlten Materialschicht ab. Sie ändert sich bei einem Wert der Schichtdicke zwischen 10 und 20 Nanometern.
»Das ist ein deutliches Indiz, dass zwei unterschiedliche Mechanismen eine Rolle spielen und miteinander konkurrieren«, erklärt Kronast. Er und sein Team haben dafür zwei komplexe physikalische Effekte im Verdacht. Um ihn zu bestätigen, sind aber weitere experimentelle und theoretische Untersuchungen nötig.
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