Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Domänenwände als neue Informationsspeicher

11.09.2013
Bewegung von Domänenwänden abgebildet: Materialdefekte spielen
bei hohen Geschwindigkeiten keine Rolle mehr – Publikation in Nature Communications

Auf der Suche nach immer kleineren Bauteilen für die Datenspeicherung und neuartigen Sensoren haben Physiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) die Vorgänge in magnetischen Nanodrähtchen direkt beobachtet und damit den Weg für weitere Forschungen auf dem Gebiet des Nanomagnetismus geebnet.


Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines ferromagnetischen Rings: Die Magnetisierung (Schwarz-Weiß-Kontrast) zeigt entlang des Rings und bildet zwei Domänenwände.
Quelle: André Bisig, Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Hierbei werden kleine magnetische Domänenwand-Strukturen in einem Nanodraht genutzt, um Informationen zu speichern oder z.B. Winkeländerungen zu detektieren. Erste Anwendungen, die auf dem Prinzip von magnetischen Domänenwänden beruhen, werden bereits in der Sensortechnologie genutzt.

Mit den jetzigen Beobachtungen wurden vorhergesagte Zusammenhänge erstmals experimentell durch direkte Abbildung festgehalten und neue Eigenschaften gefunden, die in Zukunft eventuell für weitere Anwendungsmöglichkeiten in der Informationstechnologie nutzbar gemacht werden können.

Der Nanomagnetismus beruht auf kleinen Strukturen, sogenannten Domänen, die in ferromagnetischen Materialien einen Bereich einheitlicher Magnetisierung bilden. Innerhalb einer Domäne weist die Magnetisierung in eine bestimmte Richtung. Treffen Domänen unterschiedlicher Ausrichtung aufeinander, wird dieser Bereich als Domänenwand bezeichnet.

An der JGU untersucht die Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui die Eigenschaften magnetischer Domänen und die Dynamik von Domänen und Domänenwänden in nanoskopisch kleinen Ringen. An diesen Ringen von etwa 4 Mikrometer Durchmesser, bestehend aus Permalloy, einer weichen ferromagnetischen Nickel-Eisen-Legierung, konnten nun die Bewegungen der Domänenwand direkt beobachtet werden.

Hierzu arbeiteten die Mainzer Physiker mit Wissenschaftlern der Synchrotronanlagen BESSY II des Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie und ALS (Advanced Light Source), Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, USA, zusammen sowie mit der Technischen Universität Berlin und dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart.

Die Wissenschaftler konnten beobachten, dass die Geschwindigkeit der Domänenwände immer oszilliert. „Das ist ein neuer Effekt, den man vielleicht in Zukunft nutzen könnte“, erklärt Dr. André Bisig, Erstautor der Studie „Correlation between spin structure oscillations and domain wall velocities“, die am 27. August von Nature Communications veröffentlicht wurde.

Es zeigte sich außerdem, dass die angewandte Methode sehr gut funktioniert, um die Domänenwände zuverlässig bei sehr hohen Geschwindigkeiten zu bewegen. „Je schneller wir die Domänenwand drehen, desto einfacher ist es, sie zu kontrollieren“, so Bisig. Eine weitere Beobachtung betrifft die Auswirkungen, die von Unregelmäßigkeiten oder Defekten in den Nanodrähten ausgehen.

Diese Auswirkungen machen sich nur, so die Ergebnisse, bei langsamen Domänenwänden bemerkbar. Je schneller eine Domänenwand gedreht wird, umso weniger spielen Defekte im Material eine Rolle.

Während sich die Grundlagenforschung auf die Beobachtung der Domänenwandgeschwindigkeit und den Zusammenhang mit der Oszillation in der Spinstruktur bezieht, haben die Ergebnisse auch wichtige Konsequenzen für die anwendungsorientierte Forschung. So werden Domänenwand-basierte Sensoren bereits von der Firma Sensitec GmbH, Mainz, genutzt, einem Kooperationspartner der JGU und der TU Kaiserslautern bei zwei vom Land Rheinland-Pfalz geförderten Projekten: der Spintronik-Technologieplattform in Rheinland-Pfalz (STeP) und dem Technologietransfer-Dienstleistungszentrum für Neue Materialien (TT-DINEMA).

„Insbesondere unsere Beobachtung der störungsfreien Domänenwandbewegung bei hohen Domänenwandgeschwindigkeiten liefert einen vielversprechenden Ansatz, um diese Nanostrukturen für ultraschnell rotierende Sensoren zu nutzen“, teilte Mathias Kläui dazu mit. Die Forschungen der Arbeitsgruppe Kläui werden durch einen ERC Starting Grant und die Exzellenz-Graduiertenschule Materials Science in Mainz (MAINZ) gefördert. Außerdem hat die Zusammenarbeit mit Sensitec zu einem gemeinsamen EU-Projekt mit sieben weiteren führenden Partnern geführt, das im Oktober 2013 die Arbeit aufnimmt: „Controlling domain wall dynamics for functional devices“.

Veröffentlichung:
André Bisig et al.
Correlation between spin structure oscillations and domain wall velocities
Nature Communications, 27. August 2013
DOI: 10.1038/ncomms3328
Weitere Informationen:
Dr. André Bisig
Kläui-Lab
Theorie der kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23635
E-Mail: bisig@uni-mainz.de
http://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-mainz.de
http://www.nature.com/ncomms/2013/130827/ncomms3328/full/ncomms3328.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte
23.10.2017 | Universität Bielefeld

nachricht IT-Sicherheitslücken – Gefahr für die Produktionstechnik
23.10.2017 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Salmonellen als Medikament gegen Tumore

HZI-Forscher entwickeln Bakterienstamm, der in der Krebstherapie eingesetzt werden kann

Salmonellen sind gefährliche Krankheitserreger, die über verdorbene Lebensmittel in den Körper gelangen und schwere Infektionen verursachen können. Jedoch ist...

Im Focus: Salmonella as a tumour medication

HZI researchers developed a bacterial strain that can be used in cancer therapy

Salmonellae are dangerous pathogens that enter the body via contaminated food and can cause severe infections. But these bacteria are also known to target...

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Konferenz IT-Security Community Xchange (IT-SECX) am 10. November 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Luftfracht

23.10.2017 | Veranstaltungen

Ehrung des Autors Herbert W. Franke mit dem Kurd-Laßwitz-Sonderpreis 2017

23.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Magma sucht sich nach Flankenkollaps neue Wege

23.10.2017 | Geowissenschaften

Neues Sensorsystem sorgt für sichere Ernte

23.10.2017 | Informationstechnologie

Salmonellen als Medikament gegen Tumore

23.10.2017 | Biowissenschaften Chemie