Quantencocktail bietet Einblicke in die Kontrolle von Speicherelementen

Die Geschwindigkeit, mit der Information in magnetischen Datenspeichern geschrieben und ausgelesen werden kann, ist durch die Zeit begrenzt, die benötigt wird, um den Datenträger zu manipulieren. Um solche Prozesse zu beschleunigen, haben Forscher vor Kurzem damit begonnen, die Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen zu erforschen, welche die magnetische Domänen in Festkörpermaterialien klappen können. Dieser Weg zur Änderung von lokalen magnetischen Eigenschaften erwies sich als vielversprechend. Über die zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen ist jedoch nach wie vor wenig bekannt. Dies liegt vor allem an der Komplexität der involvierten magnetischen Materialien, in denen eine grosse Anzahl von magnetischen Grundeinheiten miteinander wechselwirken. Solche sogenannten Quanten-Vielkörpersysteme sind bekanntermassen extrem schwierig zu untersuchen.

Frederik Görg und seine Kollegen in der Gruppe von Prof. Tilman Esslinger am Institut für Quantenelektronik haben nun einen alternativen Ansatz gewählt, um neue Einblicke in die Physik solcher Systeme zu erhalten, wie sie in einer heute veröffentlichten Publikation in der Wissenschaftszeitschrift Nature berichten.

Görg und seine Mitarbeiter simulierten magnetische Materialien mit elektrisch neutralen (aber magnetischen) Atomen, die sie in einem künstlichen Kristall aus Licht fangen. Auch wenn dieses System sehr verschieden ist von den Speichermaterialien welche sie nachahmen, so unterliegen beide ähnlichen physikalischen Grundprinzipien. Im Gegensatz zu einer Festkörperumgebung werden jedoch viele unerwünschte Effekte (die zum Beispiel von Verunreinigungen im Material herrühren) vermieden. Zudem können alle Schlüsselparameter des Systems fein reguliert werden. Das Team nutzte diese Reduktion in der Komplexität und den Grad an Kontrolle, um die mikroskopischen Prozesse in ihrem Quanten-Vielteilchensystem zu erkunden und um Möglichkeiten zu finden, die magnetische Ordnung in ihrem System zu verbessern und zu manipulieren.

Als wichtigstes Resultat zeigten die ETH-Physiker, dass sie durch kontrolliertes Schütteln des Kristalls, in dem sich die Atome befinden, zwischen zwei Formen der magnetischen Ordnung wechseln können (antiferromagnetische und ferromagnetische Ordnung). Solche Schaltprozesse sind in der Datenspeicherung von zentraler Bedeutung. Das grundlegende Verständnis, das aus diesen Experimenten gewonnen wurde, sollte daher dazu beitragen, Materialien zu identifizieren und zu verstehen, die als Grundlage für die nächste Generation von Datenspeichermedien dienen könnten.