Logo PTB

Kohärente Kontrolle von Magnetisierungsdynamik mit akustischen Pulsen

20.11.2018

In magnetischen Tunnelkontakten ist es gelungen, mit akustischen Pulsen die Ausrichtung der Magnetisierung zu beeinflussen und sogar kohärent zu kontrollieren. Die akustischen Pulse wurden dabei in einem metallischen Kontakt oberhalb des Tunnelkontaktes durch Anregung mit Femtosekunden-Laserimpulsen erzeugt. Solche Methoden können sich für zukünftige Anwendungen, in denen die Magnetisierung auf ultrakurzen Zeitskalen manipuliert werden muss, als wichtig erweisen.

 

 

Die Manipulation der Magnetisierung einer magnetischen Mikro- oder Nanostruktur durch verschiedene externe Anregungen bildet die Grundlage für vielfältige Speicher- und Sensoranwendungen. Generell können unterschiedliche Anregungsmechanismen basierend auf Elektronen, Photonen oder Phononen dazu herangezogen werden. Insbesondere ist die Wechselwirkung der Magnetisierung mit Phononen sehr vielversprechend für schnelle Bauelemente. Zum einen können entsprechende akustische Pulse relativ einfach auf einer Pikosekunden-Zeitskala erzeugt werden, zum anderen kann der magnetoelastische Effekt (die Änderung von magnetischen Eigenschaften durch elastische Deformation) zu signifikanten Magnetisierungsänderungen führen.


In der PTB ist es jetzt gelungen, die Magnetisierung in magnetischen Tunnelkontakten, einem industriell sehr vielfältig eingesetzten Bauelement, mittels akustischer Pulse zu beeinflussen. Dabei wurden die akustischen Pulse in einem metallischen Kontakt oberhalb des Tunnelkontaktes durch Anregung mit Femtosekunden-Laserimpulsen erzeugt. Die Magnetisierungsdynamik wurde durch Detektion der Widerstandsänderung des Tunnelkontaktes mit einem Oszilloskop bei einer Zeitauflösung von unter 50 ps ausgelesen. Mit diesem Anregungsschema konnte auch eine kohärente Kontrolle der Magnetisierungsdynamik durch Verwendung zweier akustischer Pulse realisiert werden.
Die von der PTB demonstrierte Technik zur Manipulation von Magnetisierung auf sehr schnellen Zeitskalen könnte für zukünftige magnetische Bauelemente wichtig sein. Ferner konnten auch für spin-kalorische Anwendungen bedeutende Erkenntnisse gewonnen werden: Die Experimente zeigen direkt, dass für einige experimentelle Bedingungen, in denen zusätzlich zu akustischen Pulsen Temperaturänderungen und -gradienten erzeugt werden, der Einfluss von magnetoelastischen Effekten überwiegt.

 

 

Wissenschaftliche Veröffentlichung:
H. F. Yang, F. Garcia-Sanchez, X. K. Hu, S. Sievers, T. Böhnert, J. D. Costa, M. Tarequzzaman, R. Ferreira, M. Bieler, and H. W. Schumacher, "Excitation and coherent control of magnetization dynamics in magnetic tunnel junctions using acoustic pulses," Appl. Phys. Lett. 113, 072403 (2018)