Ferrotoroidizität – Neuer Effekt für schnelle magnetische Speichertechnik

Bonn - Peter Grünberg vom Forschungszentrum Jülich wurde diese Woche für die Entdeckung des Riesenmagneto-Widerstand der Nobelpreis für Physik auserwählt. Dieser Effekt wird heute zur magnetischen Datenspeicherung auf nahezu jeder Festplatte genutzt. Über einen bisher unbeobachteten, neuen Magneteffekt berichtet nun ein Team aus deutschen und schweizerischen Forschern. Wie sie in der Zeitschrift "Nature" schreiben, könnten rechts- und linksdrehende Magnetwirbel in einem Kristall in Zukunft für die schnelle Datenspeicherung verwendet werden.

Manfred Fiebig von der Universität Bonn entdeckte das schon länger postulierte Phänomen zusammen mit Kollegen der Universität Genf und vom Max-Born-Institut in Berlin. "Wir haben in einer Substanz namens Lithiumkobaltphosphat nun tatsächlich derartige Wirbel gefunden und mit Hilfe eines laseroptischen Verfahrens ihre Richtung bestimmt", sagt Manfred Fiebig von der Universität Bonn. Die Forscher vergleichen diese so genannte Ferrotoroidizität mit der Chiralität von Biomolekülen oder mit Schrauben, die Rechts- als auch Linksgewinde aufweisen können.

Über eine geschickte Anregung von Lithiumkobaltphosphat mit Laserlicht fanden sie magnetisierte Atome, die sich kreisförmig anordneten. In diesem Ring können sich die magnetischen Spins der Atome wie winzige Stabmagneten entweder mit ihrem magnetischen Nordpol im oder gegen den Uhrzeigersinn ausrichten. Entsprechend sprechen die Physiker von rechts- oder linksdrehenden Magnetwirbeln.

"Nur in ferrotoroidischen Materialien ist es möglich, eine Magnetisierung über ein elektrisches Feld zu induzieren", erklären die Forscher in ihrer Veröffentlichung. Genau diesen Zusammenhang nutzen sie. Ein elektromagnetischen Lichtfeld (E-Feld) wirkt auf die kristalline Oberfläche und die dort vorliegenden Magnetwirbel ein. Dadurch wird das magnetische Material zur Quelle für die Aussendung einer Lichtwelle mit verdoppelter Frequenz. Diese ferrotoroidischen Domänen konnten mit einer Mikrometer-Auflösung von antiferromagnetischen Bereichen unterschieden werden.

Bis zu einer Festplatte, die digitale Daten über die zwei möglichen Ausrichtungen solcher Magnetwirbel speichert, könnte es aber noch sehr lange dauern. Denn bisher kann das Team um Fiebig diesen Magneteffekt nur beobachten und noch nicht von außen beeinflussen. Aber im Unterschied zu heutigen Festplatten wären dazu keine äußeren Magnetfelder mehr nötig. Denn der Drehsinn der Magnetwirbel lässt sich durch elektrische Felder verändern. "Auch zum Auslesen benötigt man keine Magnetfelder, die die gespeicherten Daten irrtümlich überschreiben könnten, sagt Fiebig. Zudem könne die Speicherung der Daten im Prinzip wesentlich schneller erfolgen als bei heutigen Festplatten.