11 Nov. Drehen statt magnetisieren: Datenspeicherung mit Licht
Informationen werden digital grundsätzlich als binäre Daten in Form von Nullen und Einsen gespeichert. Folglich könnte jedes physikalische System, das zuverlässig zwischen zwei stabilen Zuständen umschalten kann, als Medium für die digitale Datenspeicherung dienen.
Ferroische Materialien sind Feststoffe, die zwischen zwei solchen stabilen Zuständen umgeschaltet werden können. Die bekanntesten Beispiele sind Ferromagnete, die sich in entgegengesetzte Richtungen magnetisieren lassen, und Ferroelektrika. Diese können entgegengesetzte elektrische Polarisationen aufnehmen. Da diese Zustände durch magnetische oder elektrische Felder leicht umschaltbar sind, werden ferroische Materialien üblicherweise in der Datenspeicherung und Elektronik eingesetzt. Diese Systeme sind jedoch anfällig für äußere Einflüsse, etwa starke Magnetfelder in der Nähe einer Festplatte, und neigen mit der Zeit zu Datenverlust.
Ferroaxiale Materialien sind eine erst kürzlich entdeckte Ergänzung der ferroischen Familie. Sie bestehen aus rotierenden Ordnungen elektrischer Dipole, die in zwei entgegengesetzte Richtungen – im und gegen den Uhrzeigersinn – ausgerichtet werden können, ohne dabei eine Magnetisierung oder elektrische Polarisation zu erzeugen. Dadurch sind diese Materialien sehr stabil und werden nicht von externen Feldern beeinflusst. Aus dem gleichen Grund sind sie aber auch sehr schwer zu manipulieren, was ihre Erforschung bisher eingeschränkt hat.
Terahertzlicht steuert Dipole
Forschende des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) und der Universität Oxford verwendeten zirkular polarisierte Terahertzpulse, um in dem Material Rubidium-Eisen-Dimolybdat (RbFe(MoO₄)₂) zwischen Ferroaxialdomänen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gezielt zu schalten. „Wir erzeugen ein synthetisches effektives Feld, das entsteht, wenn ein Terahertzpuls Ionen im Kristallgitter rotieren lässt“, sagt der beteiligte Forscher Zhiyang Zeng. „Durch Anpassung der Helizität oder Drehrichtung der zirkular polarisierten Lichtimpulse können wir selektiv eine Ausrichtung der elektrischen Dipole im oder gegen den Uhrzeigersinn stabilisieren“, fährt sein Kollege Michael Först fort, „und so die Speicherung von Informationen in den beiden ferroaxialen Zuständen ermöglichen.“ Da ferroaxiale Materialien frei von depolarisierenden elektrischen oder magnetischen Streufeldern sind, zählen sie zu den äußerst vielversprechenden Kandidaten für eine stabile und beständige Datenspeicherung der Zukunft, fasst Först zusammen.
Originalveröffentlichung:
[Z. Zeng, M. Först, M. Fechner, D. Prabhakaran, P. G. Radaelli, A. Cavalleri; Photo-induced nonvolatile rewritable ferroaxial switching, Science 390 (6769), 195-198 (2025), https://dx.doi.org/10.1126/science.adz5230]
Quelle: www.mpsd.mpg.de
Bild: Jörg Harms / MPSD