Magnetische Strukturen schneller lesen – im Ferninfrarot

Das elektrische Feld des eintreffenden Terahertz-Pulses erzeugt schnell oszillierende Ströme im Metallfilm. Der Spin-Hall-Effekt sorgt für eine Elektronensortierung entsprechend ihrer Spinausrichtung und verändert so die elektrischen Eigenschaften, je nach Magnetisierung des Films, dargestellt durch die Kompassnadeln. Auf diese Weise wird ein ein­deutiger Fingerabdruck im Frequenzspektrum des austretenden Terahertz-Strahls hinterlassen (Foto: B. Schröder/HZDR)
  • Titelbild: Das elektrische Feld des eintreffenden Terahertz-Pulses erzeugt schnell oszillierende Ströme im Metallfilm. Der Spin-Hall-Effekt sorgt für eine Elektronensortierung entsprechend ihrer Spinausrichtung und verändert so die elektrischen Eigenschaften, je nach Magnetisierung des Films, dargestellt durch die Kompassnadeln. Auf diese Weise wird ein ein­deutiger Fingerabdruck im Frequenzspektrum des austretenden Terahertz-Strahls hinterlassen (Foto: B. Schröder/HZDR)

Magnetische Zustände lassen sich durch kurze Strompulse auslesen. Auch ultrakurze Terahertz-Lichtpulse sind dazu in der Lage und können diese voraussichtlich künftig auch schreiben.

Als Lichtquelle diente Forschenden am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf die Strahlungsquelle ELBE. Die untersuchten Proben bestanden aus mindestens zwei extrem dünnen, übereinander gelagerten Schichten. Für die untere Schicht wählten die Forschenden ein magnetisches Material beispielsweise aus dem Element Cobalt oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung. Die obere Schicht bestand aus Metallen wie Platin, Tantal oder Wolfram. Keine dieser metallischen Lagen war dabei dicker als drei Nanometer, damit das Material von einem Teil der Terahertz-Strahlung durchdrungen und die Magnetisierung ausgelesen werden kann. Nach Durchdringung der Probe wird eine Oberschwingung (die sog. „Zweite Harmonische“) mit der doppelten Frequenz der ursprünglichen Terahertz-Strahlung erhalten. Diese Oberschwingung kann nachgewiesen und damit die Magnetisierung der unteren Schicht innerhalb von Pikosekunden ermittelt werden. 

  • Ausgabe: Juni
  • Jahr: 2025
  • Autoren: Richard Suchentrunk
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