Rein optische Magnetisierung für Bauelemente der Zukunft
Anfangs in bestimmten Materialien beobachtete optisch induzierte magnetische Veränderungen waren Ergebnis der optischen Absorption, gefolgt von einem schnellen Temperaturwechsel, was diesen Effekt nicht reversibel machte und die Anwendungen eingrenzte. Mit Hilfe einer nichtthermischen Steuerung der Magnetisierung steht das aufstrebende Gebiet des Nano-Opto-Magnetismus nun bereit, einen maßgeblichen technologischen Beitrag zu neuen Bauelementen zu leisten. Voraussetzung ist allerdings die Spezialausbildung einer neuen Generation verantwortungsvoller Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Das EU-finanzierte Projekt 'Femtosecond opto-magnetism and novel approaches to ultrafast magnetismat the nanoscale' (FANTOMAS) widmet sich diesen beiden Aufgaben und bildet eine neue Generation multidisziplinärer Wissenschaftler auf dem Wege der Erkundung nichtthermischer Effekte von Licht auf Nanomagneten aus. Das Ziel ist detailliertes Wissen über die physikalischen Mechanismen, die an einer hocheffizienten, ultraschnellen optischen Steuerung des Nanomagnetismus beteiligt sind. Während der aktuellen Berichtsperiode untersuchten die Wissenschaftler die Dynamik der rein optischen Magnetisierungsumkehr unter Einsatz eines neuartigen experimentellen Verfahrens und einer theoretischen Multiskalen-Modellierung. Die Forscher erzielten mittels Femtosekunden-Single-Shot-Bildgebung, bei der ein sehr schneller Einzellaserimpuls verwendet wird, aufeinanderfolgende Bilder, die zeitaufgelöste Veränderungen der magnetischen Strukturen zeigen. Das Modell offenbarte einen einzigartigen Weg zur Magnetisierungsumkehr, der für die Bauelementeentwicklung wichtig sein wird. Die Forscher entwickelten außerdem ein Fertigungsverfahren zur Einleitung der abgestuften thermisch aktivierten Magnetisierung und stellten magnetische Halbleiter mit maßgeschneiderten magnetischen Eigenschaften her. Sie führten eine fotoinduzierte Veränderung der Koerzitivkraft bzw. Des Widerstands gegenüber der Entmagnetisierung (einen Fotokoerzivitätseffekt, photocoercivity effect, PCE) eines Halbleiters mit sehr geringer Beleuchtung vor. Die Forscher studierten überdies die ultraschnelle Magnetisierungsdynamik in dielektrischen (schlecht leitenden oder isolierenden) dünnen Schichten und können vielversprechende vorläufige Resultate vorweisen. Man geht davon aus, dass die Charakterisierung der ultraschnellen und reversiblen optisch induzierten Magnetisierung einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung neuer Bauelemente in Bereichen wie einer bislang unerreichten ultraschnellen magnetischen Aufzeichnung und Anwendungen in der Informationsverarbeitung darstellt. Die hochkarätige Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses inmitten eines Konsortiums von Partnern aus Hochschule und Industrie wird sicherstellen, dass das erarbeitete Wissen schnell bei neuartigen Bauelementen Anwendung findet.
