Physiker haben erstmals magnetische Wellen bei nanometergroßen Mikrowellenstrahlern nachgewiesen. Die Forscher stellen die Ergebnisse ihrer Experimente jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ ausführlich vor.
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Winzige Nanomagneten können Mikrowellenstrahlung aussenden. In Zukunft wären solche steuerbaren nanometergroßen Mikrowellenstrahler – so genannte spin-torque nano-oscillators (STNOs) – etwa als ultraschnelle Taktgeber in Handys oder Computern denkbar, um deren Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
Spin der Elektronen ist der Schlüssel
Der Schlüssel zur Entstehung der Mikrowellenstrahlung ist der Spin der Elektronen: Legt man über einen elektrischen Kontaktpunkt Spannung an die Nanomagneten, beeinflusst diese den Spin und sorgt so dafür, dass sich die magnetischen Pole ständig neu ausrichten – so die Theorie. Dabei entstünde die Mikrowellenstrahlung.
Die theoretischen Modelle der STNOs basieren im Wesentlichen auf zwei Pionierarbeiten, die eine Entstehung von magnetischen Wellen vorhersagen. Trotz zahlreicher experimenteller Untersuchungen in den vergangenen zehn Jahren konnte die Ausstrahlung solcher Wellen aber nicht beobachtet werden – bis jetzt.
Wellen erstmals experimentell nachgewiesen
Denn Vladislav Demidov und Professor Sergej Demokritov von der Universität Münster (WWU) haben die Wellen nun erstmals gemeinsam mit Professor Sergei Urazhdin von der Universität West Virginia, USA, experimentell nachgewiesen. Dabei konnten sie die Wellen, die von den STNOs ausgestrahlt werden, sogar zweidimensional abbilden.
„Damit haben wir die theoretischen Vorhersagen darüber, welche Prozesse sich in STNOs abspielen, nun auch experimentell bestätigt“, sagen die Forscher.
Spezielle Mikroskopie-Technik im Einsatz
Die Entdeckung wurde durch eine spezielle Mikroskopie-Technik möglich, die extrem hoch aufgelöste zweidimensionale Aufnahmen erlaubt. Die Forscher konnten zeigen, dass die STNOs magnetische Wellen in Form gerichteter Strahlen aussenden, vergleichbar mit Laserstrahlen. Die Richtung dieser Strahlen kann durch die elektronische Steuerung des magnetischen Feldes gelenkt werden.
„Unsere Entdeckung ist von zentraler Bedeutung, um die Physik der STNOs zu verstehen. Ebenso wichtig wird sie in Zukunft für die Anwendung von Nanomagneten sein, beispielsweise in der Kommunikationstechnologie“, so Demokritov.
Bose-Einstein-Kondensat aus magnetischen Teilchen
Das Team „Nichtlineare magnetische Dynamik“ von Demokritov untersucht schon seit längerem dynamische magnetische Prozesse in Nanostrukturen. Vor vier Jahren hat die Gruppe beispielsweise bei Raumtemperatur einen neuartigen Quantenzustand erzeugt – ein auch als „Superatom“ bezeichnetes Bose-Einstein-Kondensat aus magnetischen Teilchen.
(idw – Universität Münster, 28.10.2010 – DLO)
