Hamburger Physiker magnetisieren Nano-Speicherzellen

Data & StorageForschungInnovationStorage
magnet-magnetisieren

Sie sind damit einer neuen Technik für energieeffiziente Datenspeicher auf der Spur. Die von ihnen hergestellten Magnete bestehen aus lediglich 100 Eisenatomen. Sie sind – für die künftige kommerzielle Nutzung besonders wichtig – lange Zeit stabil. Außerdem haben sie Magnete aus lediglich fünf Atomen hergestellt.

Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, die Magnetisierung von einzelnen Nano-Speicherzellen mit einem elektrischen Feld zu schalten. Dieses Verfahren könnte künftig helfen, besonders schnelle Speichermedien mit geringem Energieverbrauch herzustellen. Details berichtet die Forschergruppe um den Physikprofessor Roland Wiesendanger in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Physical Review Letters.

magnetisieren von Nano-Speicherzellen
Das elektrische Feld (orange) destabilisiert eine einzelne magnetische Speicherzelle und verursacht so eine Magnetisierungsumkehr (links). Die Zelle behält diese Magnetisierung bei (siehe rechts), wenn das Feld ausgeschaltet ist (Bild Arbeitsgruppe Prof. R. Wiesendanger, Universität Hamburg).

Die Hamburger haben es demnach geschafft, einzelne magnetische Speicherzellen durch Anlegen eines lokalen elektrischen Feldes gezielt so zu verändern, dass entweder das Schreiben oder das Speichern von Informationen erleichtert wird. Die verwendeten Zellen bestehen dabei lediglich aus rund 100 Eisenatomen. Sie nutzten für den Nachweis ein selbstentwickeltes Rastertunnelmikroskop, in dem sich einzelne Speicherzellen magnetisch untersuchen lassen.

Die Experimente zeigen, dass sich die Magnetisierung der Zelle je nach Orientierung des elektrischen Feldes leichter beziehungsweise schwerer schalten lässt. In Datenspeichern könnte solch ein kurzzeitig angelegtes elektrisches Feld daher künftig eine entscheidende Rolle spielen: Beim Schreiben von Daten erleichtert das Feld die Magnetisierungsumkehr. Nach dem Schreibvorgang wird es ausgeschaltet und stabilisiert die Speicherzelle so gegen eine ungewollte Magnetisierungsumkehr – vulgo Datenverlust.

“Da zum Anlegen des elektrischen Feldes nur ein extrem kleiner Strom benötigt wird, kann der Energieverbrauch eines solchen Speichers minimiert werden. Insbesondere im mobilen Einsatz, etwa in Smartphones oder Laptops, liegt daher ein großes Potenzial der neuen Technik”, erklärt der an der Studie beteiligte Physiker Andreas Sonntag.

tu-hamburg-eisenatome-auf-kupferunterlage
Die Abbildung zeigt schematisch die künstlich erzeugten magnetischen Cluster aus jeweils fünf Eisenatomen auf einer Kupfer-Unterlage. Der Magnetisierungszustand dieser kleinsten magnetischen Cluster wird mit einer atomar scharfen magnetisch-sensitiven Sondenspitze ausgelesen (Bild: TU Hamburg, Forschungsgruppe Prof. R. Wiesendanger).

Damit ist aber das Ende der Fahnenstange noch nicht erreicht. Die Hamburger Physiker haben nämlich auch einen wesentlichen Fortschritt bei der Miniaturisierung magnetischer Datenspeicher erzielt. Mitentscheidend ist dafür die Konstruktion möglichst kleiner, stabiler Magneten.

Während die Hamburger Wissenschaftler bei den Nano-Speicherzellen mit rund 100 Eisenatomen arbeiteten, haben sie durch gezielte Atommanipulation erstmals auch Magnete aus lediglich fünf Eisenatomen hergestellt und nachgewiesen, dass deren Magnetisierungsrichtung lange Zeit stabil bleibt. Davon berichten sie im Detail in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift “Science”.

Tipp: Wie gut kennen Sie sich mit der europäischen Technologie-Geschichte aus? Überprüfen Sie Ihr Wissen – mit 15 Fragen auf silicon.de.

Anklicken um die Biografie des Autors zu lesen  Anklicken um die Biografie des Autors zu verbergen