Magnetische Materialien beherrschen, PI Nr. 03/2026
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Magnetische Materialien beherrschen
Fortschritt für die magnetische Datenspeicherung: Der Physiker Davide Bossini von der Universität Konstanz demonstriert, wie sich die Frequenz der kollektiven magnetischen Schwingungen eines Materials um bis zu 40 Prozent verändern lässt – mit handelsüblichen Geräten und bei Raumtemperatur.
„Jetzt haben wir ein komplettes Bild“, spricht Davide Bossini. Bereits seit Jahren erforscht der Physiker von der Universität Konstanz, wie man die kollektiven magnetischen Schwingungen eines Materials – Magnonen genannt – mit Hilfe von Licht kontrollieren kann. Vor einem halben Jahr, im Sommer 2025, konnte er schließlich zeigen, wie sich der „magnetische Fingerabdruck“ eines Materials durch das Zusammenspiel von Licht und Magnonen verändern lässt. Nun demonstriert er, wie sich die Frequenzen der Schwingungen augenblicklich und fast beliebig steuern lassen, indem ein relativ schwaches, externes Magnetfeld an einen starken Laser angelegt wird. Auf diese Weise gelingt es ihm, die Frequenzen um bis zu 40 Prozent zu steigern oder zu senken. Der Effekt geht auf das Zusammenspiel zwischen der optischen Anregung, magnetischer Anisotropie (Richtungsabhängigkeit) sowie dem externen Magnetfeld zurück. Das Verfahren und der Effekt wurden in Zusammenarbeit mit der ETH Zürich, der RPTU Kaiserslautern-Landau und zwei italienischen Arbeitsgruppen aus der Politecnico di Bari und der Universität Messina systematisch erforscht, in Theorie und Experiment: eben „das komplette Bild“.
Wofür ist das wichtig? In der Informationstechnologie werden Daten magnetisch gespeichert. Die meisten Festplatten unserer Computer arbeiten mit magnetischer Speicherung. Indem wir die Frequenz der magnetischen Schwingungen präziser steuern, können wir das Schreiben und Übertragen der Daten besser kontrollieren und den Prozess entsprechend beschleunigen. Zukunftstechnologien arbeiten daran, Informationen durch ganze „Spin-Wellen“ zu speichern und zu übertragen – in einer Größenordnung von teils bis zu hundert Trilliarden Spins, die als Magnonen gemeinsam oszillieren. Bossinis Verfahren setzt hier an und zeigt, wie die Frequenz einer solchen Spin-Welle um bis zu vierzig Prozent gesteigert oder reduziert werden kann.
Mit gewöhnlichen Geräten und bei Raumtemperatur
Davide Bossini ist es wichtig, dass seine Methode mit gewöhnlichen Geräten und Materialien funktioniert. „Man benötigt dafür keinen State-of-the-art-Laser“, betont Bossini. Bei seinen Experimenten kamen normale Standard-Laser zum Einsatz, die kommerziell erhältlich sind. Ebenso verwendete er handelsübliche Magneten, um das Magnetfeld zu erzeugen. „Wir haben alles bei Raumtemperatur durchgeführt“, fährt Bossini fort. Zum Vergleich: Magnetische Materialien werden häufig bei Tieftemperaturen von 80 Kelvin (-193,15 Grad Celsius) oder kälter erforscht. „Das Material, das wir verwendet haben, ist 20 Nanometer dünn und somit geeignet für Computer-Chips“, so Bossini.
Die Experimente fanden in der Arbeitsgruppe von Davide Bossini an der Universität Konstanz statt. Die Proben wurden von der ETH Zürich erstellt, die Theorie von den beiden italienischen Partnern an der Politecnico di Bari und der Universität Messina erarbeitet. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.
Faktenübersicht:
- Originalpublikation: Volker Wiechert, Hanchen Wang, William Legrand, Pietro Gambardella, David Breitbach, Philipp Pirro, Michaela Lammel, Andrea Meo, Giovanni Finocchio and Davide Bossini, On demand laser-induced frequency tuning of coherent magnons in a nanometer-thick magnet at room temperature, Nat Commun 17, 145 (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-66707-7 Link: https://www.nature.com/articles/s41467-025-66707-7
- Forschungsprojekt der Universität Konstanz in Kooperation mit der ETH Zürich, der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau, der Politecnico di Bari und der Universität Messina.
- Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), das ETH Zurich Postdoctoral Fellowship programme, das Italian Ministry of University and Research sowie die Petaspin Association.
Hinweis an die Redaktionen:
Ein Foto steht zum Download bereit: https://www.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2026/magnetische_materialien_beherrschen_1.jpg
Bildunterschrift: Sichtbare Laserimpulse und ein relativ schwaches Magnetfeld werden auf eine Probe angelegt. Auf diese Weise gelingt es dem Forschungsteam, die Frequenzen von Magnonen um bis zu 40 Prozent zu steigern oder zu senken.
Copyright: Volker Wiechert
Kontakt: Universität Konstanz Kommunikation und Marketing E-Mail: kum@uni-konstanz.de
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