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Attosekunden Magnetismus

Elektronische Eigenschaften von Materialien lassen sich mittels Lichtabsorption direkt und unmittelbar innerhalb von weniger als einer Femtosekunde (10-15 Sekunden) beeinflussen, was als die Grenze für die maximal erreichbare Geschwindigkeit elektronischer Schaltkreise gilt. Ein Konsortium aus Forschenden der Max-Planck-Institute für Quantenoptik und Mikrostrukturphysik, des Max-Born Instituts, des Instituts für Physik der Universität Greifswald und der Technischen Universität Graz konnte nun erstmals die magnetischen Eigenschaften eines ferromagnetischen Materials auf der Zeitskala von elektrischen Feldschwingungen des Lichts – und somit synchron zu den elektrischen Eigenschaften – mittels Laserpulsen manipulieren. Die Beeinflussung konnte um den Faktor 200 beschleunigt werden und wurde mittels Attosekunden-Spektroskopie gemessen sowie zeitaufgelöst dargestellt. "Mit einem nur wenige Lichtzyklen kurzen Puls übersetzt die elektronische Anregung in eine Änderung der magnetischen Eigenschaften“, erklärt Martin Schultze,TU Graz. Aufgrund der Kombination eines Ferromagnets mit einem nicht-magnetischen Metall ließ sich die magnetische Reaktion im beschriebenen Experiment jedoch genauso schnell herbeiführen, wie die elektronische. „Durch die spezielle Konstellation konnten wir optisch eine räumliche Umverteilung der Ladungsträger bewirken, die eine direkt damit verknüpfte Änderung der magnetischen Eigenschaften zur Folge hatte“, so Markus Münzenberg. Er hat mit seinem Team in Greifswald die speziellen Materialsysteme entwickelt und hergestellt. Darüber hinaus konnten die Forschenden im Rahmen ihrer Messungen zeigen, dass der beobachtete Prozess kohärent verläuft, die quantenmechanische Wellennatur der bewegten Ladungsträger also erhalten bleibt, und durch die Grenzflächen kontrolliert werden können, wie die theoretischer Arbeiten mittels zeitaufgelöster Dichtefunktionaltheorie dazu von Sangeeta Sharma vom Max-Born Institut zeigen.

Publikation: "Light-wave dynamic control of magnetism", F. Siegrist, et al. Nature 570 (2019), advance online

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Ansprechpartner:
Prof. Dr. Markus Münzenberg
Institut für Physik der Universität Greifswald
Felix-Hausdorff-Str. 6
17487 Greifswald
Telefon +49 3834 420 4780
markus.muenzenberguni-greifswaldde
https://physik.uni-greifswald.de/ag-muenzenberg/


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