Schematische Darstellung der potentiellen Nutzung des opto-magnetischen Effektes.

DFG Sonderforschungsbereich 653/Teilprojekt E4: „Magnetische Konditionierung und Mikrostrukturierung von Bauteiloberflächen mittels Laserstrahlung“

In der modernen industriellen Produktion kommt dem Faktor „Information“ eine immer größere Bedeutung zu, wie es sich bereits heute an Tendenzen zur Einmaligkeit, Innovations-und Lernfähigkeit in der Produktionstechnik wiederspiegelt. Das langfristige Forschungsziel des SFB 653 ist es, neue Methoden zu entwickeln, die sich an Prinzipien der Biologie im Sinne des Vererbens von Informationen an nachfolgende Bauteilgenerationen und im Sinne des lebenslangen Lernens während der Produktnutzungsphase orientieren. Die physikalische Trennung von Bauteil und dazugehöriger Information wird aufgehoben, sodass die „genetischen“ Informationen, die zur Identifikation oder Reproduktion des Bauteils erforderlich sind, sowie geometrische Beschreibungen oder Materialinformationen inhärent mit dem Bauteil verbunden sind.

Das Hauptziel des Teilprojektes E4 ist die Entwicklung einer laserbasierten Methode für das Einschreiben von magnetischen Daten in Konstruktionswerkstoffe. Fotomagnetische Effekte, wie z.B. der Inverse Faraday-Effekt, sollen genutzt werden, um im Werkstoff eine rein lichtinduzierte Permanentmagnetisierung zu erzielen. Die hierfür erforderlichen hohen elektro-magnetischen Feldstärken werden durch ultrakurze Laserpulse generiert. Aufgrund der kurzen Wechselwirkungszeit der Laserpulse mit dem Material wird gleichzeitig eine lokale Erwärmung vermieden und Demagnetisierung unterdrückt. Die magnetische Konditionierung mittels Laserstrahlung könnte aufgrund des großen Arbeitsabstandes, der guten Fokussierbarkeit und einer großen Schreibgeschwindigkeit wesentliche technologische Vorteile gegenüber dem konventionellen Magnetschreibkopf bieten.

Zur Charakterisierung magneto-optischer Eigenschaften von Konstruktionswerkstoffen wird ein ellipsometrischer Analyseaufbau entwickelt. Basierend auf dem magneto-optischen Kerr-Effekt lassen sich mit diesem Aufbau magnetische Zustände messen und so etwaige Einflüsse von Laser- und Prozessparameter auf den Schreibvorgang untersuchen. Das Auslesen der lasergeschriebenen, magnetischen Informationen geschieht ebenfalls durch Nutzung des Kerr-Effektes, z.B. mit Hilfe eines Kerr-Mikroskopes oder wieder durch einen Laserstrahl.

Die rein optische Methode zur Änderung von magnetischen Zuständen in Materialien mittels ultrakurzer Laserpulse wurde bisher noch nicht technisch genutzt. Anhand der Untersuchungen in diesem Teilprojekt sollen Kenntnisse erarbeitet werden, wie diese Methode in eine technische Anwendung überführt werden kann. Potentiale und Grenzen des Verfahrens werden aufgezeigt und mögliche Verknüpfungen mit bekannten Verfahren aus der Lasermaterialbearbeitung geprüft.