Nickel-Iodid: ein Durchbruch für blitzschnelle und winzige Computerspeicher

BerlinWissenschaftler der Universität Texas in Austin und des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie haben herausgefunden, dass Nickeljodid (NiI₂) das Potenzial besitzt, die Computer-Speichertechnologie zu revolutionieren. Dieses Material weist eine starke magnetoelektrische Kopplung auf, was bedeutet, dass es sowohl durch elektrische als auch durch magnetische Felder gesteuert werden kann.

Hier sind die wichtigsten Punkte:

• NiI₂ bietet eine stärkere magnetoelektrische Kopplung als alle bisher bekannten ähnlichen Materialien.
• Dies könnte den Weg zu extrem schnellen und kompakten Geräten, wie z.B. magnetischen Speichern, ebnen.
• NiI₂ wurde mit ultrakurzen Laserpulsen getestet, um Veränderungen in den elektrischen und magnetischen Ordnungen zu messen.
• Forscher führten detaillierte Berechnungen durch, um zu verstehen, warum dieses Material so effektiv ist.

Seit vielen Jahren suchen Wissenschaftler nach Materialien, die ihre magnetischen Eigenschaften bei Einwirkung eines elektrischen Feldes ändern können und umgekehrt. Es wurde entdeckt, dass NiI₂ eine bemerkenswerte Fähigkeit dazu besitzt, was es zu einem vielversprechenden Material für neue Technologien macht.

Forscher haben NiI₂ mit ultrakurzen Laserpulsen von nur wenigen Femtosekunden bestrahlt und dabei die Veränderungen in den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Materials beobachtet. Sie entdeckten, dass es aufgrund zweier Faktoren eine sehr starke Verbindung zwischen diesen Eigenschaften gibt. Erstens besteht eine intensive Wechselwirkung zwischen dem Spin und der Orbitalbewegung der Elektronen auf den Iodatomen, bekannt als Spin-Bahn-Kopplung. Zweitens verstärkt ein spezielles magnetisches Arrangement in NiI₂, das als Spinschraube oder Spinhelix bezeichnet wird, diese Wechselwirkung noch zusätzlich.

Frank Gao, Postdoktorand an der Universität von Texas und Hauptautor der Studie, erklärte, dass es sehr schwierig sei, diese Effekte auf sehr kleiner Skala zu untersuchen. Dennoch zeigt ihr Erfolg bedeutende Fortschritte im Bereich der Multiferroika.

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Materialien wie NiI₂ finden vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.

• Kompakter und energieeffizienter magnetischer Computerspeicher, der schnellere Datenlagerung und -abruf ermöglicht als aktuelle Speichertechnologien.
• Verbindungen in Quantencomputing-Plattformen.
• Chemische Sensoren zur Gewährleistung der Qualitätskontrolle und Arzneimittelsicherheit in der chemischen und pharmazeutischen Industrie.

Doktorandin Xinyue Peng, eine der Hauptautorinnen, erklärte, dass diese Entdeckung zu sehr schnellen und energieeffizienten magnetoelektrischen Geräten führen könnte, insbesondere für magnetische Speicher.

Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass ihre Ergebnisse zur Entdeckung ähnlicher Materialien mit vergleichbaren Eigenschaften beitragen können. Sie sind auch überzeugt, dass weitere Untersuchungen des Materials die magnetoelektrische Wechselwirkung in NiI₂ verbessern und dadurch vielfältigere Einsatzmöglichkeiten entstehen könnten.

Die Studie wurde von verschiedenen Organisationen finanziert.

• Die Robert A. Welch Stiftung
• US-amerikanische National Science Foundation
• US-amerikanisches Air Force Office of Scientific Research
• Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont Europa der Europäischen Union
• Exzellenzcluster "CUI: Advanced Imaging of Matter"
• Max-Planck-New York City Zentrum für Nichtgleichgewichts-Quantenphänomene
• Simons Stiftung
• Ministerium für Wissenschaft und Technologie in Taiwan

Forscher von verschiedenen Einrichtungen, darunter die Universität Texas, MPSD, die Academia Sinica, die Universität Bremen und das California Institute of Technology, haben bei diesem Projekt zusammengearbeitet. Ihr gemeinsamer Einsatz hat die Entwicklung von zukünftigen Computerspeichern vorangetrieben.