„Seitenwechsel“ zur Entmagnetisierung

Einen überraschenden Effekt bei der Entmagnetisierung von ferromagnetischen Stoffen haben jetzt Forscher aus der TU Berlin, von DESY und der Universität Paris am Freie-Elektronen-Laser FLASH ausgemacht. Elektronen können sich blitzschnell zwischen Bereichen mit verschiedener Magnetisierung hin- und herbewegen und so die Entmagnetisierung des Materials beeinflussen, fand das Forscherteam um Prof. Dr. Stefan Eisebitt von der TU Berlin heraus. Dieser Effekt könnte bei der Verkleinerung von magnetischen Speichern eine entscheidende Rolle spielen. „Optische Demagnetisierung ist das mit Abstand schnellste Verfahren, um lokal die Magnetisierung zu ändern, und diese wiederum ist die Grundlage von magnetischer Datenspeicherung“, erklärt Eisebitt. „Optische Verfahren könnten deshalb helfen, magnetische Speicher zukünftig schneller zu machen.“ Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Nature Communications“ (DOI 10.1038/ncomms2108).

Auf die Spur gekommen sind sie dem Effekt bei Experimenten zu einem Phänomen, das schon seit fast 20 Jahren ein heißes Forschungsthema ist: Seitdem ist bekannt, dass man Ferromagneten wie magnetisiertes Eisen durch Einstrahlung von Laserlichtpulsen extrem schnell entmagnetisieren kann. In wenigen 100 Femtosekunden (eine Femtosekunde ist der milliardste Teil einer Millionstel Sekunde) bricht die Magnetisierung zusammen, und der Ferromagnet wird unmagnetisch. Die Magnetisierung baut sich dann wieder auf. „Beim Beschuss mit Laserlicht können freigesetzte Elektronen, die durch das Material flitzen, die Domänengrenzen überwinden und sozusagen ‘die Seite wechseln’. So gelangen sie aus einer Domäne in eine andersherum magnetisierte Domäne. Dort tragen sie dazu bei, die lokale Magnetisierung zu zerstören“, erklärt der Erstautor der Veröffentlichung Bastian Pfau von der TU Berlin. „Auf diese Weise entsteht in Materialien mit nanometer-kleinen Domänen eine zusätzliche Möglichkeit der Demagnetisierung, sobald die Elektronen durch den Laserbeschuss beweglicher werden.“ Ein solches Wechselspiel wurde zwar bereits vermutet, ist bisher aber nie beobachtet worden.

Voraussetzung für diese Art der Entmagnetisierung ist, dass das Grundmaterial in magnetische Domänen aufgeteilt ist – der Normalfall bei Ferromagneten. So besteht ein unmagnetisierter Eisenstab aus vielen mikroskopisch kleinen Bereichen, innerhalb derer die Magnetisierung zwar gleich ausgerichtet ist; die Magnetisierung dieser Minibereiche zueinander ist jedoch beliebig. Wird der Eisenstab magnetisiert, zum Beispiel indem von außen ein magnetisches Feld angelegt wird, dann richten sich die Magnetfelder der einzelnen Domänen parallel aus. „Das magnetische Moment wird dabei zu großen Teilen durch den Spin, die Eigenrotation, der Elektronen getragen“, erklärt DESY-Forscher Dr. Leonard Müller.

Die Experimente führten die Forscher, die außer von der TU Berlin und DESY vom Helmholtz-Zentrum Berlin, von den Universitäten Hamburg und Paris sowie sechs weiteren Forschungseinrichtungen kommen, an DESYs Freie-Elektronen-Laser FLASH in Hamburg durch.