Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Computerspeicher: Magnetisches Moment maximiert Memory

10.07.2012
SimulationsexpertInnen der FH St. Pölten "spinnen" neue Datenspeicher

Nanomagnetische Bauteile könnten die Zukunft der zentralen Speichermöglichkeiten von Computern bedeuten. Wesentlich dafür ist die Nutzung der als "magnetischer Spin" bezeichneten Eigenschaft bestimmter Metalle. Das hat die Analyse von nanomagnetischen Prozessen durch modernste Simulationstechniken an der Fachhochschule St. Pölten ergeben. Heute werden neueste Erkenntnisse zu nanomagnetischen Potentialen und Anwendungsbeispiele dieser Technologie auf der 19th International Conference on Magnetism in Korea der Fachwelt vorgestellt.

Maximale Leistungssteigerung - höher, schneller, weiter - die Nachfrage nach miniaturisierten Technologien, die Rechenprozesse schneller und energieeffizienter machen und größere Speichervolumina erlauben, ist enorm. "Da stellt sich die Frage, wie die Zukunft des als RAM bezeichneten Arbeitsspeichers von Computern oder auch der Festplatte aussehen könnte. Die Spin-Elektronik und Nanostrukturen sind dabei große Hoffnungsträger, da sie die Konstruktion neuartiger magnetischer Datenspeicher erlauben", meint Prof. Dr. Thomas Schrefl, Leiter des Master-Studiengangs Industrial Simulation an der FH St. Pölten.

Die Nutzung des Nanomagnetismus würde das derzeit flüchtige Gedächtnis des Arbeitsspeichers in ein elefantenhaftes Langzeitgedächtnis verwandeln. Und die Speicherkapazität von Festplatten ist noch lange nicht ausgereizt, wenn man das nanomagnetische Verhalten ihrer Komponenten optimal ausnützt. Die Berechnung und Analyse der dafür notwendigen magnetischen Prozesse ist allerdings eine Herausforderung an die Rechenleistung, die nur durch modernste Simulationstechnik zu meistern ist. An der FH St. Pölten wird diese Herausforderung nun mit einem innovativen Simulationsmodell angenommen.

1:0 FÜR DIE SIMULATION

Mit diesem Modell lässt sich das Verhalten von magnetischen Nanostrukturen, also mikroskopisch kleinen magnetischen Teilchen in Schichtsystemen, analysieren. Wesentlich ist dabei, das "Umschalten" von elektromagnetischen Elementen darstellen zu können. Denn dieses liegt dem Prinzip, digitale Information in binären Codes von "1" und "0" darzustellen, zugrunde. An der FH St. Pölten werden dazu nun unterschiedliche Simulationstechniken wie stochastische Optimierungsalgorithmen und Randelementeverfahren zur Berechnung magnetischer Felder mit der sogenannten Finite-Elemente-Methode kombiniert: "Dabei handelt es sich um eine Simulationsmethode, die auch in der Statik und der Mechanik für die Konstruktion von Hochhäusern und Brücken eingesetzt wird. Diese Technologie kann man auch auf magnetische Teilchen anwenden, um sich magnetische Spin-Eigenschaften von Elektronen anzuschauen", erläutert Prof. Schrefl. Und gerade dieser Spin könnte der Schlüssel zu revolutionären Fortschritten bei der Entwicklung der zentralen Computerspeicher sein.

So funktionieren selbst die leistungsfähigsten Arbeitsspeicher (RAM - Random Access Memory) noch heute nach dem ursprünglichen Prinzip, das die Speicherung auf Grundlage elektrischer Ladung vorsieht. Hohe Ladung = 1, niedrige Ladung = 0. Ist der Strom weg, passiert aber auch das Gleiche mit der gespeicherten Information. Anders bei der Nutzung des magnetischen Spins von Elektronen. Dieser ist auch ohne Strom stabil und kennt sogar vier Zustände: links, rechts, oben, unten. Neben stromunabhängiger Speicherung ist durch die Nutzung dieser vier Zustände auch eine höhere Speicherdichte möglich.

MAGNETISCHE RAM-POWER

Erste Umsetzung dieses Prinzips sind sogenannte MRAMs (Magnetic Random Access Memory). Diese basieren auf mikroskopisch kleinen, zirka 40x40 Nanometer großen, magnetischen Elementen, deren Verhalten das Team um Schrefl simuliert. Dieser meint dazu: "Unser Ziel ist es, bei den Umschaltprozessen eine Geschwindigkeit von 10 Bit pro Nanosekunde zu erreichen. Doch dieses Ziel ist nur bei einem optimalen Design unter gleichzeitig effizienter Nutzung der Materialeigenschaften möglich." Gleiches gilt für die Optimierung des Festplattendesigns, das bereits auf magnetische Prozesse aufbaut, diese aber laut Prof. Schrefl bei Weitem nicht zu ihrem vollen Potential ausnützt.

Auf der 19th International Conference on Magnetism vom 8. - 13. Juli in Korea werden nun unter dem Motto "Magnetic Memories" von Prof. Schrefl solche Anwendungsgebiete der von ihm entwickelten Simulationsverfahren vorgestellt. Deren Nutzung, davon ist der Experte überzeugt, erlaubt es, die Computer-Power des 21. Jahrhunderts zu maximieren - ohne den aufwändigen Bau zahlloser Prototypen.

Über die Fachhochschule St. Pölten
Die Fachhochschule St. Pölten ist Anbieterin praxisbezogener und leistungsorientierter Hochschulausbildung in den Themengebieten Medien, Informatik, Verkehr, Gesundheit und Soziales. In mittlerweile 16 Studiengängen werden rund 2.000 Studierende betreut. Neben der Lehre widmet sich die FH St. Pölten intensiv der Forschung. Die wissenschaftliche Arbeit erfolgt innerhalb der Kompetenzfelder Medientechnik, Medienwirtschaft, IT-Sicherheit, Simulation, Schienenverkehr, Gesundheit und Soziales. Es erfolgt ein stetiger Austausch zwischen Studiengängen und Instituten, in denen laufend praxisnahe und anwendungsorientierte Forschungsprojekte entwickelt und umgesetzt werden.
Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Schrefl
Fachhochschule St. Pölten
Leiter des Master-Studiengangs
Industrial Simulation
Matthias-Corvinus-Str. 15
3100 St. Pölten
T +43 / (0)2742 / 313 228 - 313
E thomas.schrefl@fhstp.ac.at
W http://www.fhstp.ac.at
Redaktion & Aussendung:
PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung Mariannengasse 8
1090 Wien
T +43 / (0)1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

Dr. Katharina Schnell | PR&D
Weitere Informationen:
http://www.fhstp.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Viele glauben, Industrie 4.0 kann man kaufen
24.01.2017 | Technische Universität München

nachricht Brain-Computer-Interface: Wenn der Computer uns intuitiv versteht
18.01.2017 | Technische Universität Berlin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie