Der Weg zur Informationstechnik der Zukunft könnte über Lichtpulse gehen, die nur wenige Nanometer große magnetische Informationsbits in einen Datenträger schreiben. Laut theoretischen Berechnungen könnten solche Schreibprozesse um den Faktor 1.000 schneller ablaufen als in der heutigen Technik. Experimentelle Messungen an konkreten Materialien sind jedoch äußerst anspruchsvoll. Ein deutsch-amerikanisches Wissenschaftler-Team stellt in der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins »Physical Review Letters« ein Verfahren vor, das sich vergleichsweise einfach mit so genannten Femtosekundenlasern in Laboren weltweit durchführen ließe.

Die Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der Universität von Kaiserslautern sowie der University of Colorado und des National Institute of Standards and Technology in Boulder, USA, haben mit ihrer neuen Methode eine zeitliche Auflösung von nur 55 Billiardstel Sekunden (Femtosekunden oder 10 hoch -15 Sekunden) erreicht. »Unsere Methode erlaubt Antworten auf grundlegende Fragen des Magnetismus und ermöglicht, die materialspezifischen physikalischen Grenzen der magnetischen Schaltgeschwindigkeit zu bestimmen, welche die Schreibgeschwindigkeit magnetischer Datenverarbeitungssysteme begrenzen«, freut sich Prof. Claus M. Schneider, Direktor des Jülicher Instituts für Festkörperforschung.

Schnellste magnetische Vorgänge im Attosekundenbereich beobachtbar
Die neue Methode soll vier Vorzüge haben, die sie einzigartig machen: Erstens sei die zeitliche Auflösung fein genug, um auch die schnellsten magnetischen Vorgänge, möglicherweise sogar im Attosekundenbereich, zu beobachten. Zweitens sollen nun in Legierungen die Eigenschaften der einzelnen Bestandteile getrennt voneinander untersucht werden können. Drittens lasse sich der Probenstrahl gut fokussieren, um Strukturen im Nanometerbereich untersuchen zu können. Und viertens benötige man keine Großgeräte, sondern die Technik könne sogar im Labor verfügbar gemacht werden.

Ausgangspunkt der neuen Methode ist ein Femtosekundenlaser, wie er schon in vielen Laboren steht. Seine kurzen Lichtpulse werden in das Edelgas Neon geleitet. Dabei entstehen Pulse aus weicher Röntgenstrahlung, die nur rund 10 Femtosekunden lang sind, und auf die Probe treffen. In den vorliegenden Versuchen wurde eine weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierung untersucht, deren Magnetisierung mittels Spulen verändert werden konnte. Das Material wurde in Form eines Beugungsgitters im Mikrometermaßstab in den Strahlengang gebracht. Das resultierende Beugungsmuster konnte sehr genau vermessen werden und erlaubt Rückschlüsse auf den Beitrag der einzelnen Elemente in der Legierung und auf die Eigenschaften der Probe.

Synchrotronanlagen waren bislang zu langsam
Bisher wurden entweder so genannte ultraschnelle Laser oder Röntgenstrahlen aus großen Synchrotronanlagen eingesetzt, um der magnetischen Umorientierung zu folgen. Ultraschnelle Laser im sichtbaren Bereich können jedoch nur das kombinierte Signal aller magnetischen Elemente eines Materials aufzeichnen. Röntgenstrahl-Pulse aus Synchrotronanlagen seien hingegen noch zu lang, um den schnellen Wechseln eines magnetischen Signals folgen zu können.

Das Forschungszentrum Jülich hat im Datenspeicherbereich einen guten Namen. Vor etwas mehr als zwei Jahren erhielt der Jülicher Physiker Peter Grünberg den Nobelpreis für Physik 2007. Zusammen mit seinem Kollegen Albert Fert von der Universität Paris-Süd erhielt er ihn für die Entdeckung des Riesenmagnetowiderstands (englisch: Giant Magnetoresistance – GMR) in den 80er Jahren. Der GMR-Effekt brachte den Durchbruch zu GByte-Festplatten.

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