Physiker*innen der TU Dortmund modellieren das Verhalten von Antiferromagneten
Das Team um Prof. Götz S. Uhrig von der Fakultät Physik der TU Dortmund hat ein Modell erarbeitet, mit dem das Verhalten von Antiferromagneten in Magnetfeldern besser vorhergesagt werden kann als bisher. Dies ist von Interesse, da die Materialien für die spinbasierte Datenspeicherung genutzt werden könnten. Die Ergebnisse hat das Team kürzlich in dem renommierten Fachmagazin „PRX Quantum“ veröffentlicht.
Die Publikation ist aus der Masterarbeit von Katrin Bolsmann hervorgegangen. Die Physikerin hat sich darin mit Antiferromagneten beschäftigt, die für die Informationsverarbeitung zunehmend eine größere Rolle spielen. „Mit antiferromagnetischen Speichermedien könnte in Zukunft mehr Speicherkapazität auf kleinerem Raum realisiert werden und Informationen deutlich schneller gespeichert werden als bisher“, sagt Bolsmann. Ihr Modell basiert auf der „Schwinger-Boson-Molekularfeldtheorie“, mit der sich beschreiben lässt, wie sich die Spins im Zuge eines magnetischen Schaltvorgangs umkehren. Mithilfe des neu entwickelten Modells können Vorhersagen über eine Aktivierungsenergie gemacht werden, die für die Spinumkehr in anisotropen Antiferromagneten erforderlich ist. Auch kann dieser Effekt in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet werden, was von Dr. Asliddin Khudoyberdiev durchgeführt wurde.
Die Berechnungen haben etwa gezeigt, dass die Magnetisierung im isotropen Modell ohne Verlust der Kohärenz und für beliebig schwache Felder umgekehrt werden kann. Im anisotropen Modell hingegen muss eine Aktivierungsenergie überwunden werden, was wiederum zu einem Verlust der Kohärenz führt. Zudem ist erkennbar, dass mit steigender Temperatur die erforderliche Aktivierungsenergie stetig abnimmt, bis schließlich die Temperatur erreicht ist, oberhalb derer ein antiferromagnetischer Stoff unmagnetisch wird.
„Das theoretische Modell liefert eine gute quantitative Vorhersage für experimentelle Untersuchungen der Phänomene“, sagt Prof. Uhrig. So könnten künftig komplizierte Gitterstrukturen in zwei Dimensionen mit unterschiedlichen magnetischen Ordnungen untersucht werden. Darüber hinaus können auch dreidimensionale Schichtstrukturen, die als van-der-Waals-Materialien derzeit viel Beachtung finden, beschrieben werden. Das Anlegen zeitabhängiger Magnetfelder, wie sie in Terahertzstrahlung auftreten, ist ein weiterer Ansatz, um das Schalten auch unterhalb der berechneten Schwellenfelder zu ermöglichen.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Götz S. Uhrig
Fakultät Physik
E-Mail: goetz.uhrig@tu-dortmund.de
Originalpublikation:
https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.4.030332
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