Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Schaltprinzip für schnelle Speichermedien

06.03.2012
Mit magnetischen Feldern schalten
RUB-Forscher stellen neues Schaltprinzip vor
„Nature Communications“: Neuentwicklung für schnelle Speichermedien

Ein internationales Forscherteam aus Deutschland und den Niederlanden hat neue magnetische Materialien für Datenspeicher entwickelt. Erstmals ermöglichen sie das Schalten von so genannten Spinströmen bei Raumtemperatur in einem senkrechten magnetischen Feld, was die Speicherdichte deutlich erhöht. Die neuartigen Schalter könnten zum Beispiel als Leseköpfe in zukünftigen Festplatten dienen. Die Forschergruppe aus der RUB, dem Helmholtz-Zentrum Berlin und aus Nijmwegen berichtet in „Nature Communications“ über ihre Ergebnisse.


Dargestellt sind drei Varianten von DyCo- und GdFe-Schichten. Im linken Bild sind die beiden Schichten in direktem Kontakt, im mittleren Bild sind sie durch eine dünne Tantalschicht getrennt, im rechten durch eine dickere Zwischenschicht. Nur bei der mittleren Variante lässt sich der Schaltpunkt präzise einstellen. Grafik: Dr. Radu Abrudan, RUB

Grundlegende Idee aus Bochum

„Das Prinzip der so genannten Austauschfeder-Magnete hatte der Bochumer Elektrotechniker Prof. Eckart Kneller erstmals Anfang der 1990er-Jahre vorgeschlagen“, sagt Prof. Dr. Hartmut Zabel, Lehrstuhl Experimentalphysik/Festkörperphysik der RUB. Die grundlegende Arbeit sei seitdem über tausendmal zitiert worden und habe wissenschaftlich wie technisch international weite Verbreitung gefunden. 20 Jahre später wurde der Effekt jetzt auch experimentell an einem speziell ausgewählten Schichtsystem nachgewiesen, das besonders empfindliche Eigenschaften für die magnetische Sensorik hat. Möglich war das in der von der Ruhr-Universität Bochum gebauten Messkammer ALICE am Elektronensynchrotron BESSY II des Berliner Helmholtz-Zentrums.

Exotische ferrimagnetische Materialien

Während Ferromagnete uns z.B. als Kühlschrankmagnete sehr geläufig sind, sind ferrimagnetische Materialien exotischer. Das bekannteste Beispiel ist Magnetit, das bereits vor über tausend Jahren in China als Kompassnadel Verwendung fand. Ferrimagnete sind aus zwei ineinander verschachtelten Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Momenten zusammengesetzt. Die senkrecht angeordneten magnetischen Domänen der neuartigen Schalter bestehen aus solch ferrimagnetischen Materialien, getrennt durch eine ultradünne Tantal-Schicht. „Das Besondere daran ist die Tatsache, dass nach Herstellung der Schaltpunkt noch nachträglich eingestellt und beliebig häufig verändert werden kann“, so Prof. Zabel. Die Forscher haben mit hochpräziser Röntgenstreuung (Röntgendichroismus) die Schalter durchleuchtet und die Funktionalität in allen Details überprüft.

Wie bei einem Dalmatiner-Messer

Dafür verwendeten sie intermetallische Verbindungen aus Übergangsmetallen und Seltenen Erden. Eine der beiden Schichten in dem Schalter besteht aus einer GdFe-Legierung, die andere Schicht aus einer DyCo-Legierung. Die erste ist magnetisch weich, die andere magnetisch hart. „Stapelt man die Schichten übereinander, dann hat man beide Eigenschaften wie in einem Dalmatiner-Messer vereinigt, sowohl die Schärfe wie die Härte“, erklärt Zabel.

Weichmagnetische und hartmagnetische Schichten

Bei direktem Kontakt der beiden Schichten verliert die weichmagnetische GdFe-Schicht ihre Eigenschaft und passt sich der hartmagnetischen DyCo-Schicht an. Die weichmagnetischen Eigenschaften sind jedoch notwendig für eine hohe Empfindlichkeit und das Schalten bei bereits geringen magnetischen Feldern. Daher wurde der direkte Kontakt durch Einziehen einer hauchdünnen Tantal-Zwischenschicht verhindert. Damit sind die weichmagnetischen Eigenschaften von GdFe wieder hergestellt ohne dass sie ganz von DyCo unabhängig wäre. Man kann die beiden Schichten vergleichen mit einem Boot (GdFe), das mit einem kurzen Ende (Tantal) an einem Pfahl (DyCo) festgemacht ist. Bei zu kurzem Ende hat das Boot keine Freiheit, bei zu langem Ende kann es nicht kontrolliert werden. Die Tantal-Schichtdicke ist damit entscheidend für die Funktionalität des Schalters. Bei richtig gewählter Schichtdicke kann man den Schaltpunkt der weichmagnetischen Schicht in einem hohen Magnetfeld hin und her schieben und genau auf den richtigen Wert einstellen.

Titelaufnahme

F. Radu, R. Abrudan, I. Radu, D. Schmitz, H. Zabel: Perpendicular exchange bias in ferrimagnetic spin valves. Nature Communications, 2012. DOI: 10.1038/ncomms1728

Weitere Information

Prof. Dr. Hartmut Zabel, Lehrstuhl für Experimentalphysik / Festkörperphysik der Ruhr-Universität Bochum, Tel. 0234/32-23649, E-Mail: hartmut.zabel@rub.de

Redaktion: Jens Wylkop

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Kieler Wissenschaft entwickelt exzellentes Forschungsdatenmanagement
21.08.2017 | ZBW – Leibniz-Informationszentrum Wirtschaft

nachricht Computer mit Köpfchen
18.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik