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

nachricht »Lernlabor Cybersicherheit« startet in Weiden i. d. Oberpfalz
12.01.2017 | Fraunhofer-Gesellschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

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....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie