Extrem kurze Laserpulse (rot) schalten in Manganit-Kristallen sehr schnell zwischen zwei magnetischen Zuständen

Quantenmagnetismus für ultraschnelle Festplatten

Geschaltet mit extrem kurzen Laserpulsen könnten Festplatten in Zukunft tausendmal schneller digitale Daten speichern als heute. Die Grundlage dazu legten nun Physiker, indem sie in einem hauchdünn präparierten Metalloxid – einem sogenannten Manganit – die magnetische Ordnung während des Bruchteils einer tausendstel milliardstel Sekunde gezielt veränderten. Wie sie im Fachblatt „Nature“ berichten, könnten die Schaltfrequenzen von magnetischen Datenspeichern von dem derzeit erreichbaren Gigahertzbereich bis zu einigen Terahertz erhöht werden.

„Wir wollten verstehen, wie sich der Magnetismus ändert, wenn extrem kurze Laserpulse auf ein Material gerichtet werden“, sagen Jigang Wang von der Iowa State University in Ames und seine Kollegen. Solche Femtosekundenpulse dienen bisher als rasantes Blitzlicht, mit dem physikalische und chemische Prozesse in Molekülen oder Kristallen im Detail analysiert werden können. Das Experiment  beweist nun, dass sich diese Laserblitze auch für die bisher schnellsten optischen Schalter für magnetische Zustände eignen.

Einfach gestalteten sich diese Versuche allerdings nicht. So regten die Forscher mit einem ersten Laserpuls die Elektronen in der Manganitschicht an. Direkt danach folgte ein zweiter Laserblitz, mit dem sich die Ausrichtung der magnetischen Spins in dem Material schalten ließ. Zwischen zwei Zuständen, die als Basis für eine digitale Datenspeicherung nötig sind, konnte so schnell gewechselt werden. Im ersten Zustand wechselte sich die Richtung der magnetischen Spins regelmäßig ab, im zweiten dagegen zeigten alle in die gleiche Richtung. Physiker sprechen hier von einer anti-ferromagnetischen und einer ferromagnetischen Ordnung.

Bis diese optische Schaltmethode von magnetischen Eigenschaften in kommerziellen Speichermedien genutzt werden kann, sind allerdings noch einige Hürden zu überwinden. So mussten Wang und sein Team ihre magnetischen Schichten bisher noch auf unter minus 240 Grad abkühlen und konnten die schaltenden Laserblitze nur mit einer aufwendigen Apparatur kontrollieren.