Forschungsteam knackt den Code: Magnetisierung von Eisennägeln mit Laserblitzen

Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben eine aufregende Entdeckung gemacht: Sie haben herausgefunden, wie man einen Eisennagel mit einem Laserblitz magnetisieren kann. Das bedeutet, dass wir nicht mehr mühsam mit einem Stabmagneten über die Oberfläche streichen müssen. Die Wissenschaftler haben eine Methode entwickelt, um gezielt winzige magnetische Flecken auf einer Oberfläche zu erzeugen und wieder zu entfernen.

Schon 2018 hat das Team des HZDR eine unerwartete Entdeckung gemacht. Sie haben eine dünne Schicht aus einer Eisen-Aluminium-Legierung mit ultrakurzen Laserpulsen bestrahlt und plötzlich war das zuvor unmagnetische Material magnetisch. Durch die Laserpulse wurden die Atome im Kristall neu angeordnet, wodurch die Eisenatome näher zusammenrückten und einen magnetischen Effekt erzeugten. Mit einer Serie von weniger intensiven Laserpulsen konnten die Forscher die Schicht anschließend wieder demagnetisieren.

In einem neuen Experiment hat das Forschungsteam nun eine detailliertere Untersuchung dieses Prozesses durchgeführt und festgestellt, dass das Phänomen auch bei einer anderen Art von Materialien auftritt. Sie haben eine Legierung aus Eisen und Vanadium untersucht, die eine nicht-kristalline, glasartige Struktur hat. Auch hier konnten sie das Material mit einem Laser magnetisieren. Das ist äußerst vielversprechend, denn es zeigt, dass das Phänomen nicht auf eine spezifische Materialstruktur begrenzt ist, sondern bei verschiedenen atomaren Anordnungen auftreten kann.

Die Forscher haben auch den zeitlichen Ablauf des Prozesses genauer untersucht. Die Elektronen im Material werden innerhalb von Femtosekunden durch den Laserpuls angeregt. Nach einigen Pikosekunden geben diese angeregten Elektronen ihre Energie an die Atome weiter, was zu einer Umordnung in eine magnetische Struktur führt. Diese magnetische Struktur wird durch eine schnelle Abkühlung stabilisiert.

Obwohl es sich hier um Grundlagenforschung handelt, ergeben sich bereits jetzt erste Ansätze für potenzielle Anwendungen. Eine Möglichkeit besteht darin, durch gezielten Einsatz von Laserlicht winzige Magnete gezielt auf einer Chip-Oberfläche zu platzieren. Das könnte beispielsweise bei der Herstellung von empfindlichen magnetischen Sensoren in Fahrzeugen nützlich sein. Es könnte auch für magnetische Datenspeicher und die Spintronik interessant sein, bei der magnetische Signale anstelle von Elektronen durch Transistoren genutzt werden.

Die Ergebnisse des Forschungsteams wurden im Fachjournal „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht. Die Wissenschaftler planen nun weitere detaillierte Experimente, um die Atomumordnung mithilfe intensiver Röntgenstrahlung genauer zu untersuchen.

Schlagwörter: Laserpulsen + Magnetisierung + Materialforschung

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