Wenn Forscher eine dünne Schicht Nickeljodid mit einem ultrakurzen Laserpuls bestrahlen, treten phänomene in Form eines Korkenziehers auf, die als "chirale magnetoelektrische Helix-Oszillationen" bezeichnet werden. Diese Phänomene könnten für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich sein, insbesondere für schnelle und kompakte Computerspeicher.
Bild: Ella Maru Studio.
Die von Forschern der Universität Texas in Austin und des Max-Planck-Instituts durchgeführte Studie beleuchtet die besonderen Eigenschaften von Nickeljodid, einem multiferroischen Material. Ferroische Materialien sind für ihre spezifischen atomaren Ausrichtungen bekannt, die ihnen elektrische, magnetische oder elastische Eigenschaften verleihen. Multiferroika hingegen weisen mehrere dieser Eigenschaften gleichzeitig auf, was ein Phänomen der magnetoelektrischen Kopplung erzeugen kann. Letztere ermöglicht es, die magnetischen Eigenschaften eines Materials über ein elektrisches Feld zu manipulieren und umgekehrt, was den Weg für bedeutende technologische Fortschritte ebnet.
Das Team unter der Leitung von Frank Gao entdeckte, dass NiI2 eine besonders starke magnetoelektrische Kopplung besitzt. Dieses Ergebnis wurde erzielt, indem Proben dieses Materials mit ultrakurzen Laserpulsen bestrahlt wurden und die daraus resultierenden Veränderungen der elektrischen und magnetischen Ordnungen beobachtet wurden. Diese Entdeckung könnte das Design elektronischer Geräte revolutionieren, indem deren Effizienz gesteigert und deren Größe reduziert wird.
Emil Viñas Boström, Co-Autor der Studie, erklärt, dass zwei Faktoren entscheidend für das Verständnis der Stärke dieser Kopplung sind: Einerseits die Spin-Bahn-Kopplung, die den Spin der Elektronen mit ihrer orbitalen Bewegung um die Jodatome verbindet; andererseits die spezifische magnetische Anordnung von NiI2, bekannt als Spiral- oder Helixspin. Diese Eigenschaften sind entscheidend für die Etablierung der ferroelektrischen Ordnung und die Stärke der magnetoelektrischen Kopplung.
Die potenziellen Anwendungen von NiI2 sind umfangreich. Unter diesen findet sich der magnetische Speicher für Computer, der dank dieses Materials wesentlich schneller und energieeffizienter werden könnte. Darüber hinaus könnte diese Kopplung die Verbindungen in Quantencomputern verbessern oder in hochpräzisen chemischen Sensoren für die Pharmaindustrie eingesetzt werden.
Die Forscher hoffen, dass diese Entdeckungen helfen werden, weitere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften zu identifizieren und die magnetoelektrische Kopplung künstlich zu verstärken, um deren Potenzial zu maximieren.