Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atomare Bits im Blick

04.04.2008
Eine Hamburger Forschergruppe wirft den ersten direkten "Blick" auf die Magnetisierung einzelner Atome.

Wie die renommierte Zeitschrift "Science" in der Ausgabe vom 04.04.2008 berichtet, gelang es Focko Meier, Lihui Zhou, Jens Wiebe und Roland Wiesendanger die magnetische Ausrichtung einzelner Atome, die auf einer metallischen Unterlage liegen, erstmals direkt abzubilden. Damit ist die Grundlage geschaffen, den Zustand des kleinstmöglichen Bits der magnetischen Speichertechnologie, das man sich vorstellen kann, auszulesen. Bereits im September vergangenen Jahres hat die Forschungsgruppe um Roland Wiesendanger in einer ebenfalls in der Zeitschrift "Science" veröffentlichten Arbeit gezeigt, dass auch magnetische Schreibprozesse bis in atomare Dimensionen möglich sind.



Abbildung der mit der magnetischen Spitze des Rastertunnelmikroskops abgetasteten Cobalt-Atome, die auf einer gestuften Platinunterlage (blau) liegen. An den Stufen der Platinunterlage sind zusätzlich so genannte Cobalt-Streifen zu sehen (gelb und rot), die aus vielen hundert dicht gepackten Cobalt-Atomen bestehen. Diese sind magnetisch stabil und dienen der Kalibrierung des Lesekopfes (Spitze). Gelbe Streifen sind nach oben, und rote nach unten magnetisiert. Interessanterweise verhalten sich die Cobalt-Atome in der Nähe der Streifen ebenfalls magnetisch stabil. Ihr Zustand ("0" oder "1") hängt vom Abstand zum Streifen, und von dessen Magnetisierungszustand ab (siehe Pfeile).
© SPM-Gruppe von Prof. R. Wiesendanger, Institut für Angewandte Physik & Sonderforschungsbereich 668, Universität Hamburg

Die stetig zunehmende Miniaturisierung heute üblicher elektronischer Geräte wie Mobiltelefone, oder Digitalkameras erfordert immer leistungsfähigere Speicher, welche die Flut der Daten auf kleinstem Raum erfassen können. Daher gab es in den letzten Jahrzehnten einen dramatischen Anstieg der Speicherdichte von magnetischen Datenspeichern, der im Wesentlichen durch die stetige Verkleinerung der Grundbausteine solcher Speicher, der Bits, erreicht wurde. Solche Bits sind voneinander isolierte magnetische Einheiten, deren Magnetisierung nach oben ("1") oder nach unten ("0") ausgerichtet werden kann, um Information zu speichern. Der Magnetisierungszustand des Bits kann anschließend mittels eines geeigneten Lesekopfes wieder ausgelesen werden, um auf die Information zuzugreifen. Wäre man nun in der Lage, Bits aus einzelnen Atomen herzustellen, so ergäben sich immens hohe Speicherdichten. Es gibt bereits Ideen, solche atomaren Bits, bei denen die quantenmechanischen Eigenschaften zutage treten (so genannte Qubits), für völlig neuartige Rechenverfahren zu nutzen, um in so genannten Quantencomputern die Rechengeschwindigkeit zu erhöhen. Die wichtigste Voraussetzung für solche Technologien ist, dass der Magnetisierungszustand solch eines Qubits überhaupt ausgelesen werden kann.

Hamburger Wissenschaftlern ist es nun gelungen, den Magnetisierungszustand des kleinst-denkbaren Bits, eines einzelnen magnetischen Atoms, das auf einer nichtmagnetischen Unterlage liegt, auszulesen. Dazu benutzten sie Cobalt-Atome, die auf eine Platinunterlage aufgebracht wurden (siehe Abbildung). Als Lesekopf dient die magnetisch beschichtete Spitze eines Rastertunnelmikroskops, mit deren Hilfe die Atome berührungslos in einem Abstand von wenigen Atomdurchmessern abgetastet werden.

Bevor allerdings mithilfe solcher Strukturen funktionierende Speichermedien gebaut werden können, sind noch große Herausforderungen zu überwinden. Bei magnetischen Speichern ist essentiell, dass die Magnetisierung der Bits nicht von selbst von "1" nach "0" schaltet, da sonst die Information verloren gehen würde. Die Bits müssen also bei Raumtemperatur "magnetisch stabil" sein. Wie die Hamburger Forschergruppe festgestellt hat, ist dies für die von ihnen untersuchten Cobalt-Atome selbst bei extrem tiefen Temperaturen von -273 °C nahe dem absoluten Nullpunkt nicht der Fall: Die Cobalt-Atome schalten statistisch zwischen "1" und "0" und können nur mithilfe eines von außen angelegten Magnetfeldes in einen bevorzugten Zustand gezwungen werden. Dies kommt einem Löschvorgang des gesamten Speichers gleich, da anschließend alle Bits im selben Zustand sind, d.h. der Informationsgehalt ist Null.

Dagegen sind aus vielen hunderten solcher Cobalt-Atome zusammengesetzte "Streifen" bei diesen Temperaturen schon magnetisch stabil (siehe Abbildung). Eine weitere Schwierigkeit liegt in der wechselseitigen Beeinflussung der Bits. Bei den Untersuchungen in Hamburg hat sich interessanterweise gezeigt, dass der Magnetisierungszustand benachbarter Bits über das Substrat koppelt. Ist ein Bit im Zustand "0", so kann ein benachbartes Bit in den Zustand "1" gezwungen werden. Dieser Effekt wirkt sich ebenfalls störend auf die Speicherstabilität aus. Mithilfe der in Hamburg etablierten Technik können nun verschiedene Materialkombinationen der Unterlage und der Bits auf magnetische Stabilität und Kopplung getestet werden, mit dem Ziel, zumindest bei tiefen Temperaturen das Konzept eines Speichers mit atomaren Qubits zu demonstrieren.

Originale Veröffentlichung:
F. Meier, L. Zhou, J. Wiebe, and R. Wiesendanger,
Revealing magnetic interactions from single-atom magnetization curves,
Science 320, 82-86 (2008).
doi: 10.1126/science.1154415
Weitere Informationen:
Dipl.-Chem. Heiko Fuchs
Öffentlichkeitsarbeit
Sonderforschungsbereich 668
Institut für Angewandte Physik
Universität Hamburg
Jungiusstr. 11a
20355 Hamburg
Tel.: (0 40) 4 28 38 - 69 59
Fax: (0 40) 4 28 38 - 24 09
E-Mail: hfuchs@physnet.uni-hamburg.de

Heiko Fuchs | idw
Weitere Informationen:
http://www.sfb668.de
http://www.nanoscience.de

Weitere Berichte zu: Atom Bit Magnetisierung Magnetisierungszustand

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

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