Kristallforschung auf dem Weg zu effektiveren Festplatten

Magnetische Informationen lassen sich auch elektrisch schalten

In der Regel werden magnetische Informationen mittels magnetischer Felder geschrieben, so etwa auch in Festplatten. Wissenschaftler aus Berlin und Tübingen wollen nun nachgewiesen haben, dass die magnetische Ordnung in Informationsspeichern auch mittels elektrischer Felder geschaltet werden kann, was zu effektiveren Datenspeichern führen könnte.

"Für unser Experiment benutzten wir ein magnetisch weitgehend ungeordnetes Material", berichtet der Gruppenleiter Manfred Fiebig vom Max-Born-Institut. Es handelt sich um eine kristalline Verbindung der Metalle Holmium und Mangan (HoMnO3). Erst das Anlegen einen elektrischen Feldes machte daraus eine ferromagnetische Substanz, die als Informationsspeicher dienen könnte.

Die deutschen Forscher haben in der keramischen Verbindung Holmiummanganit ein System gefunden, dessen magnetische Phase durch ein externes elektrisches Feld kontrolliert werden kann. Möglich werde das Schreiben mittels elektrischer Felder durch spezielle Kristalle, hexagonale Manganite, deren kompliziertes Wechselspiel elektrischer und magnetischer Eigenschaften zu diesem Zweck genutzt werden kann.

Das elektrische Feld schaltet die ferromagnetische Ordnung in diesen Kristallen an und ab. Es lässt sich so nicht nur die magnetische Polung durch das elektrische Feld kontrollieren, sondern es sei zudem möglich, den Magnetismus als solchen gezielt an- oder abzuschalten.

Den Einfluss eines elektrischen Feldes auf die magnetische Ordnung haben die Forscher in optischen Messungen nachgewiesen, indem sie die so genannte optische zweite Harmonische, eine Verdoppelung der Frequenz einer Lichtwelle im Kristall, untersucht haben. Zudem haben sie bei Anlegen eines elektrischen Feldes eine für einsetzende, ferromagnetische Ordnung typische Änderung der Schwingungsrichtung des Lichts beobachtet.

Die Wissenschaftler haben die Vorgänge auch auf mikroskopischer Ebene untersucht: Von außen sieht es so aus, als ob die Anordnung der Atome eines Kristalls in einem Gitter fest wäre. Die mikroskopische Analyse der Atompositionen weist jedoch häufig Änderungen der Atompositionen auf, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Temperatur oder angelegten magnetischen oder elektrischen Feldern, welche zu Änderungen der Materialeigenschaften führen.

Die Wissenschaftler konnten dabei feldabhängige Verschiebungen der Atompositionen im Kristallgitter sowie entsprechende Änderungen der magnetischen Austauschpfade nachweisen und mit diesen das Schalten der magnetischen Ordnung erklären.