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Forschung Mit Licht zur Elektronik der Zukunft

Quelle: European XFEL 1 min Lesedauer

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European XFEL GmbH
Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG
IEF-Werner GmbH
Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Ferroelektrika gelten als Hoffnungsträger für die Elektronik von morgen. Ein Experiment am weltweit größten Röntgenlaser, dem European XFEL in Schenefeld bei Hamburg, zeigt nun, dass sich ihre Eigenschaften gezielter beeinflussen lassen als bisher gedacht – und zwar mit Licht.

Lichtimpulse könnten künftig komplexe Materialkombinationen ersetzen und die Steuerung magnetischer Eigenschaften ermöglichen. (Bild: frei lizenziert / Pixabay)
Lichtimpulse könnten künftig komplexe Materialkombinationen ersetzen und die Steuerung magnetischer Eigenschaften ermöglichen.
(Bild: frei lizenziert / Pixabay)

Ein Forschungsteam des European XFEL, geleitet von Le Phuong Hoang und Giuseppe Mercurio, hat eine Methode gefunden, die Eigenschaften ferroelektrischer Materialien mit Licht extrem schnell zu steuern. Dies könnte zu schnelleren und energieeffizienteren Speicherlösungen führen.

Ferroelektrische Materialien verfügen über eine elektrische Polarisation aufgrund asymmetrischer Ladungsverteilungen in ihren Kristallstrukturen. Diese Polarisation kann durch äußere elektrische Felder umgekehrt werden, was sie als Schalter einsetzbar macht.

Ultrakurze Laserpulse ändern Polarisation

Die Wissenschaftler entdeckten, dass die Polarisation ohne eine gekoppelte Gitterverformung steuerbar ist – eine bislang unbestätigte Theorie. Durch ultrakurze Laserpulse konnten sie die Polarisation in weniger als einer Billionstel Sekunde ändern. Genutzt wurde Bariumtitanat (BaTiO₃) als Testmaterial, analysiert mit dem European XFEL Röntgenlaser. Die Beobachtung von Polarisationsänderungen erfolgte innerhalb von nur 90 Femtosekunden.

Zukünftige Anwendungen

Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Polarisation bereits 350 Femtosekunden nach Lasereinwirkung stark änderte, ohne das Kristallgitter zu bewegen. Diese Entkopplung eröffnet neue Möglichkeiten für die elektronische Bauteile-Entwicklung, erläutert Mercurio.

Lichtimpulse könnten künftig komplexe Materialkombinationen ersetzen und die Steuerung magnetischer Eigenschaften, etwa in Multiferroika, ermöglichen. Diese Erkenntnisse ebnen den Weg zu lichtgesteuerter Elektronik mit Anwendungen in der Sensorik, Datenverarbeitung und Informationsspeicherung.

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