Please activate JavaScript!
Please install Adobe Flash Player, click here for download

entdeckt_02_2014

entdeckt 02.14 TITEL WWW.HZDR.DE MIKROWELLEN: Doktorand Manuel Langer befestigt eine ferromagnetische Probe, um mit Hilfe von Mikrowellen Spinwellen darin zu erzeugen. Foto: Matthias Rietschel Wenige Bürotüren weiter sitzt sein Kollege Sebastian Wintz, der im vergangenen Frühjahr seine Doktorarbeit am HZDR abge- schlossen hat. Auch Wintz beschäftigt sich mit der Orientierung von Spins in magnetischen Materialien, und dabei ist er auf interessante Phänomene gestoßen. „In sehr dünnen Schichten eines ferromagnetischen Materials nehmen die Spins eine be- sondere Orientierung ein. Sie minimieren ihr Streufeld, indem sie kleine Wirbel bilden“, erklärt der Physiker. Unter einem speziellen Mikroskop kann man erkennen, dass sich die Spins der Elektronen in einer nur wenige Mikrometer dünnen Schicht einer Nickel-Eisen-Legierung so ausrichten, dass sie lauter kleine Wirbel formen. Innerhalb eines Wirbels richten sich die magnetischen Momente aneinander aus und die Orientierung der Spins läuft einmal im Kreis herum. Lediglich in der Mitte des Wirbels richtet sich die Magnetisierung aus der Ebene des Wirbels heraus und zeigt nach oben oder unten. Magnet-Wirbel senden Spinwellen aus Diese Wirbel kann man zum Schwingen anregen, wenn man einen Strom durch das Material schickt. Die Mitte des Wirbels beginnt dann zu kreiseln und es entsteht elektromagnetische Strahlung im Gigahertz-Bereich – dem Frequenzbereich, der für Mobilfunk oder WLAN genutzt wird. Theoretisch könnte man so also Antennen für die drahtlose Datenübertragung konstruieren. Doch Sebastian Wintz hat noch mehr herausge- funden: „Wir haben auch Sandwich-Strukturen hergestellt, mit einer dünnen Lage aus Ruthenium als Trennschicht zwischen zwei ferromagnetischen Lagen. Da gibt es dann Doppelwir- bel.“ Der Orientierungssinn in der oberen und unteren Schicht kann dabei gleichartig oder gegenläufig sein, das hängt von den Schichtdicken ab. Das Beste aber ist: Bei höheren Frequenzen beginnen die Doppelwirbel, Spinwellen anzure- gen. „Wenn wir Mikrowellen einstrahlen, beobachten wir eine Kreiselbewegung“, sagt Wintz. „Es entstehen Spinwellen, die von der Wirbelmitte nach außen abgestrahlt werden.“ Er zeigt Filme, die er an einem Röntgen-Transmissionsmikroskop am Helmholtz-Zentrum Berlin aufgenommen hat. In den stark verlangsamten Sequenzen kann man verfolgen, wie die Spin- wellen abgestrahlt werden. Die Frequenzen liegen im Giga- hertz-Bereich und ändern sich je nach Anregungsfrequenz der Mikrowellen. All diese Ergebnisse machen deutlich: Die Spintronik ist ein rasant wachsendes Forschungsgebiet und bietet faszinierende Perspektiven – sowohl für die Grundlagenforschung als auch für mögliche Anwendungen. PUBLIKATIONEN: C. Fowley u. a.: "Zero-field spin-transfer oscillators combining in-plane and out-of-plane magnetized layers", in Applied Phy- sics Express 2014 (DOI: 10.7567/APEX.7.043001) K. Vogt u. a.: "Realization of a spin-wave multiplexer", in Nature Communications 2014 (DOI: 10.1038/ncomms4727) S. Wintz u. a.: "Topology and origin of effective spin meron pairs in ferromagnetic multilayer elements", in Physical Re- view Letters 2013 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.177201) KONTAKT _Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR Dr. Alina Deac a.deac@hzdr.de Dr. Helmut Schultheiß h.schultheiss@hzdr.de Dr. Sebastian Wintz s.wintz@hzdr.de

Seitenübersicht