Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Internationalem Forscherteam gelingt die kontrollierte Bewegung von Skyrmionen

02.03.2016

Magnetische Wirbel als Datenspeicher der Zukunft: Grundlagen für die Nutzung von Skyrmionen für anwendungsrelevante Systeme gelegt

Einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist ein Durchbruch in der Grundlagenforschung für mögliche Datenspeichertechnologien der Zukunft gelungen.


Die magnetische Struktur eines Skyrmions ist symmetrisch um dessen Kern; Pfeile zeigen die Richtung der Spins an.

Abb./©: Benjamin Krüger, JGU

Die Idee dabei ist es, elektronische Speichereinheiten (Bits) nicht wie bisher üblich auf rotierenden Festplatten zu speichern, sondern als magnetische Wirbelstrukturen, sogenannte Skyrmionen, auf einem Nanodraht wie in einem Schieberegister abzulegen.

Die magnetischen Skyrmion-Bits könnten damit schnelle Zugriffszeiten, hohe Speicherdichten und eine gesteigerte Energieeffizienz erreichen. Im Rahmen der jetzigen Arbeit wurden einzelne Skyrmionen bei Raumtemperatur erstmals gezielt durch Strompulse verschoben. Die Forschungsarbeit wurde im Fachmagazin Nature Materials publiziert.

Magnetische Skyrmionen sind spezielle Spinstrukturen, die in Materialien und insbesondere in dünnen Schichten auftreten können, wenn deren Inversionssymmetrie gebrochen ist. In den hier betrachteten Systemen bedeutet dies, dass ein dünner Metallfilm verwendet wird, dessen Schichtenaufbau nicht symmetrisch ist.

In diesem Fall können sich Spinstrukturen bilden, die sich ähnlich verhalten wie ein Haarwirbel: So schwierig es sein kann, diesen Wirbel zu glätten, so schwer ist es, das Skyrmion zu zerstören, was ihm gesteigerte Stabilität verleiht.

Eine wichtige Eigenschaft der Skyrmionen ist es nun, dass sie isoliert in magnetischen Materialien existieren können und generell ungern mit dem Rand einer Struktur kollidieren. Dies verleiht ihnen die einzigartige Fähigkeit, isolierte Defekte im Material oder Eckenrauigkeit zu umgehen, während andere magnetische Strukturen wie Domänenwände damit kollidieren würden.

Skyrmionen sind damit exzellente Kandidaten für das magnetische Schieberegister, den Racetrack-Speicher: Informationen könnten in Skyrmionen kodiert und diese dann mit Strom an festen Lese- und Schreibköpfen vorbeibewegt werden. Das Prinzip wäre sowohl schnell als auch völlig unabhängig von beweglichen mechanischen Teilen und damit für mobile Anwendungen ideal geeignet.

Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde bewiesen, dass individuelle Skyrmionen bei Raumtemperatur tatsächlich in einem magnetischen Draht, einem Racetrack, kontrolliert durch kurze Strompulse bewegt werden können. Des Weiteren wurden neue Methoden zur Beschreibung ihrer Dynamik etabliert und experimentell bestätigt. Die Arbeit kann damit als Grundstein für die Verwendung von Skyrmionen in anwendungsrelevanten Systemen angesehen werden.

„Es ist immer schön zu sehen, wenn ein gemeinsames Projekt schnell zu spannenden Ergebnissen führt. Bei diesem hier gilt das ganz besonders, da wir innerhalb von nur einem Jahr nach der Vereinbarung der Kooperation bereits diese Veröffentlichung schreiben konnten. Ihre Fertigstellung wäre ohne die enge Zusammenarbeit zwischen JGU und MIT und den regen Austausch nicht zustande gekommen“, merkte Kai Litzius, Koautor der Veröffentlichung, an. Seine Arbeit erfolgte als Stipendiat der Exzellenz-Graduiertenschule „Materials Science in Mainz" (MAINZ) in der Gruppe von Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui.

„Mich hat die effiziente Zusammenarbeit und die nachhaltige Kooperation mit Gruppen am MIT sehr gefreut. Nach einer Anschubfinanzierung durch ein Kooperationsprojekt finanziert durch das BMBF konnten wir unter anderem durch mehrere Aufenthalte von Studenten am MIT seit 2014 sechs gemeinsame Publikationen veröffentlichen“, sagte Kläui, Professor am Institut für Physik und Direktor von MAINZ.

Die Graduiertenschule MAINZ wurde in der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder im Jahr 2007 bewilligt und erhielt in der zweiten Runde 2012 eine Verlängerung. Sie besteht aus Arbeitsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung. Einer der Forschungsschwerpunkte ist die Spintronik, wobei die Zusammenarbeit mit führenden internationalen Partnern eine wichtige Rolle spielt.

Veröffentlichung:
Seonghoon Woo et al.
Observation of room-temperature magnetic skyrmions and their current-driven dynamics in ultrathin metallic ferromagnets
Nature Materials, 29. Februar 2016
DOI: 10.1038/nmat4593

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui
Physik der Kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23633
E-Mail: klaeui@uni-mainz.de
http://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/308.php

Exzellenz Graduiertenschule Materials Science in Mainz
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-26984
Fax +49 6131 39-26983
E-Mail: mainz@uni-mainz.de
http://www.mainz.uni-mainz.de/

Weitere Links:
http://palgrave.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4593.html (Abstract)
https://www.uni-mainz.de/presse/63817.php (Pressemitteilung vom 03.02.2015 „Physiker beobachten Bewegung von winzigen Magnetisierungswirbeln“)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Volle Konzentration am Steuer
25.11.2016 | Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund

nachricht Warum Reibung von der Zahl der Schichten abhängt
24.11.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie