Neues Messverfahren deckt unerwartete Eigenschaften magnetischer Materialien auf
Die Temperatur ist eine allgemein bekannte wichtige Materialeigenschaft. Ihr physikalischer Hintergrund ist die Schwingung der Materialbausteine, beispielsweise Atome oder Moleküle. Je heftiger die Schwingungen sind, umso heißer ist das Material. Diese Schwingungen werden als Phononen bezeichnet, und sie sind wichtig um physikalische Phänomene wie die Wärmeleitfähigkeit in Festkörpern oder Flüssigkeiten zu verstehen. In magnetischen Materialien gibt es außerdem Schwingungen der Magnetisierung die als Magnonen bezeichnet werden. Wie bei den Phononen nimmt die Zahl der Magnonen zu wenn die Temperatur des magnetischen Systems ansteigt. Die Magnonentemperatur ist ein Maß für die Zahl der Magnonen. Magnonen und Phononen wechselwirken im magnetischen System miteinander und die Stärke dieser Wechselwirkung hängt von Eigenschaften des Materials ab.
WissenschaftlerInnen um Professor Burkard Hillebrands an der TU Kaiserslautern (Fachbereich Physik, Landesforschungszentrum OPTIMAS und Graduiertenschule der Exzellenz MAINZ) haben einen neuen Weg entwickelt die Magnonentemperatur zu messen. Die PhysikerInnen verwenden ein Brillouin-Lichtstreu-Spektrometer mit dem sie die Frequenzverschiebung eines Laserstrahls messen. Dieses Messverfahren haben sie nun erstmals angewendet um die Wechselwirkung von Magnonen und Phononen zu untersuchen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Wechselwirkung zwischen Magnonen und Phononen sehr viel stärker ist als zuvor angenommen.
Die neue Anwendung der Messmethode und die Ergebnisse dieser Studie werden große Auswirkungen auf das Forschungsgebiet der Spinkaloritronik haben. Die experimentellen Ergebnisse stellen sogar einige aktuelle Theorien auf diesem Gebiet infrage und werden neue Forschungsrichtungen anstoßen. Das neue Forschungsgebiet der Spinkaloritronik befasst sich mit Phonon-Magnon-Wechselwirkungen als Basis für zukünftige Anwendungen in magnetischen Speichern und magnetischen Sensoren.
Die Arbeiten des Teams aus Oxford, Kiew und Kaiserslautern wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift “Physical Review Letters” veröffentlicht:
Direct measurement of magnon temperature: new insight into magnon-phonon coupling in magnetic insulators; M. Agrawal, V.I. Vasyuchka, A.A. Serga, A.D. Karenowska, G.A. Melkov, B. Hillebrands; Phys. Rev. Lett.111, 107204 (2013)
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Burkard Hillebrands, hilleb(at)physik.uni-kl.de
Tel.: +49 (0) 631 205-4228 / -2202