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Sonntag, 23.07.2017
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Lichtpuls magnetisiert Halbleiter-Kristalle

Vorteile von magnetischen Speichermedien mit denen von schnellen Halbleitern vereint

Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, Halbleiter-Nanokristalle bei Raumtemperatur durch einen Lichtpuls zu magnetisieren. Diese Technik eröffnet neue Anwendungen in der Informationstechnik, da sie die Vorteile von magnetischen Speichermedien mit denen der Halbleiter verbindet. Das berichten die Wissenschaftler jetzt in „Science“.
Elektronenmikroskopische Aufnahme eines 
Nanokristalls mit einem Durchmesser von fünf Milliardstel Metern

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Nanokristalls mit einem Durchmesser von fünf Milliardstel Metern

Es ist der Traum von Computerwissenschaftlern, Nanotechnologen und Materialforschern: Ein System zu finden, das die Vorteile von magnetischen Metallen mit denen von Halbleitern vereint. Denn erstere sichern eine dauerhafte Informationsspeicherung und werden beispielsweise in Festplatten von Computern als magnetisches Speichermedium genutzt. Halbleiter dagegen ermöglichen eine ultraschnelle, auf Elektronen basierende Informationsverarbeitung – wie sie im Arbeitsspeicher unserer Rechner stattfindet. Noch aber muss zwischen diesen beiden Speicherformen umgeschrieben werden, wenn eine Information vom Arbeits-in den Festplattenspeicher transferiert wird.

Ideal wäre es jedoch ein Material zu finden, dass dieses Umschreiben von elektrisch in magnetisch nicht braucht und damit die Vorteile beider Komponenten in sich vereint. Der Arbeitsgruppe von Gerd Bacher, Professor für Ingenieurwissenschaften an der Uni Duisburg- Essen, ist nun ein Schritt in diese Richtung gelungen. Die Forscher konnten in ihren Experimenten erstmals Halbleiter-Nanoteilchen per Lichtpuls magnetisieren.

Erstmals Licht-Magnetisierung bei Raumtemperatur


„Eigentlich ist diese so genannte Licht-induzierte Magnetisierung in Halbleitern ein seit Jahrzehnten bekanntes Phänomen", erklärt Bacher, Experte für Werkstoffe der Elektrotechnik. "Bislang war es aber nur nahe dem absoluten Temperatur-Nullpunkt zu beobachten und damit uninteressant für praktische Anwendungen. Wir haben das nun bei Raumtemperatur geschafft."


Dass Nanoteilchen magnetisch werden, wenn man sie mit einem zwei Billionstel Sekunden kurzen Lichtpuls bestrahlt (in Zahlen ausgedrückt: 0.000000000002 Sek.), ist ein Ergebnis der Experimente in Bachers Arbeitsgruppe. Dabei half ihnen ein "Kunststück" amerikanischer Forscher. Ihnen war es gelungen, neuartige Halbleiter-Nanokristalle mit einem Durchmesser von lediglich fünf Milliardstel Metern herzustellen, in die gezielt Mangan-Atome eingebracht wurden.

300.000 Mal stärker als Erdmagnetfeld


"Das Besondere an unserer Entdeckung ist aber die immense Größe der Kräfte, die entstehen, wenn die durch den Lichtpuls angeregten Elektronen zu einer kollektiven Ausrichtung der magnetischen Momente der Mangan-Atome führen. In den winzigen Nanokristallen wirkt ein effektives Magnetfeld, das 300.000 Mal stärker ist als das Erdmagnetfeld", sagt Bacher. "Das hat zur Folge, dass die Licht- induzierte Magnetisierung thermisch ungeheuer stabil ist. Diese Nanomaterialien sollten nun in der Tat innovative Anwendungen in der Informationstechnik bei Raumtemperatur ermöglichen."
(Universität Duisburg-Essen, 24.08.2009 - NPO)
 
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