Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Dreh mit dem Wirbel

10.06.2008
Wie die renommierten US-Fachzeitschriften "Physical Review Letters" und "Science" (Online-Ausgabe vom 23. Mai 2008) berichten, gelang es Forschern der Universität Hamburg, mit Hilfe von zeitauflösender Röntgen-Mikroskopie, die Dynamik der Magnetisierung von kleinen ferromagnetischen Elementen, die durch Spinströme zum Schwingen angeregt wurden, zu beobachten.

Diese Forschungsergebnisse erweitern das benötigte grundlegende Verständnis für den Einsatz in neuartigen magnetischen Speichermedien.

Magnetische Festplattenspeicher sind heutzutage in fast jedem Haushalt vorhanden und finden sogar in Videokameras, Harddisk-Video-Rekordern und Set-Top-Boxen Gebrauch. Das jahrzehntelange Wachstum der Speicherdichte auf heute über eine Milliarde Bits pro Quadratmillimeter droht in den nächsten Jahren an das Limit zu stoßen; die kleinsten magnetischen Bits sind nämlich bei Raumtemperaturen nicht mehr stabil, sondern verlieren ihr "Gedächtnis".

Aus diesem Grund machen sich bereits jetzt Forscher in aller Welt Gedanken über mögliche Nachfolger zu herkömmlichen Datenspeichermethoden. Als erfolgversprechende Alternative sind Konzepte im Gespräch, in denen Festkörperspeicher mit Hilfe von Spinströmen ausgelesen oder geschrieben werden. Spinströme nutzen eine weitere, bisher weitgehend unbeachtete Größe von Elektronen: Ihr Eigendrehmoment oder Spin.

... mehr zu:
»Magnetisierung »Spinströme

Mithilfe von Spinströmen lässt sich die Magnetisierung sehr kleiner Strukturen punktgenau auslesen und auch verändern, indem die Elektronen ihre Spinausrichtung auf die Magnetisierung übertragen. Dieser Prozess wird "Spin-Transfer" genannt. Für die Entdeckung eines verwandten Mechanismus, den sogenannten Riesenmagnetowiderstand, erhielten Peter Grünberg und Albert Fert letztes Jahr den Physiknobelpreis. Durch das punktgenaue Lesen und Schreiben mit dem Spin-Transfer-Effekt lassen sich in Zukunft eventuell noch kleinere magnetische Bits schalten als bisher.

Den Einfluss von Spinströmen auf die Magnetisierung haben Dr. Markus Bolte und Mitarbeiter des Instituts für Angewandte Physik der Universität Hamburg nun in Zusammenarbeit mit dem I. Institut für Theoretische Physik der Universität Hamburg, dem Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart, der Universität Ghent in Belgien und der Lawrence Berkeley Laboratories in Berkeley, Kalifornien untersucht. Zum ersten Mal konnten sie mit einer zeitlichen Auflösung von weniger als einer Milliardstel Sekunde die Wechselwirkung zwischen Spinströmen und Magnetisierung verfolgen.

Als ultraschnelle "Kamera" wurde dabei das Röntgen-Licht eines Elektronensynchrotrons verwendet. In einem solchen Synchrotron entsteht das Röntgen-Licht, indem Elektronenpakete, die mit Lichtgeschwindigkeit um den Ring fliegen, abgelenkt werden. Das Licht wird dann durch spezielle Linsen auf die magnetischen Strukturen geschickt. Eine besonders schnelle lichtempfindliche Diode misst jedes einzelne Röntgen-Lichtquant und wandelt es in elektrische Signale um. In den untersuchten magnetischen Quadraten bildet sich natürlicherweise eine magnetische Singularität, ein sogenannter Vortex aus, bei dem die Magnetisierung aus der Ebene zeigt. Da der Vortex nur eine von zwei Richtungen annehmen kann, werden Vortizes als mögliche nichtflüchtige Speichermedien gehandelt. Die Vortizes können durch hochfrequente Wechselströme zum Schwingen und zum Umklappen gebracht werden.

Herr Bolte beschreibt die Ergebnisse der Messungen: "Dank der hervorragenden zeitlichen und örtlichen Auflösung des Mikroskops konnten wir die Bewegung des Vortizes extrem genau verfolgen." Er sagt weiter: "Wir konnten zeigen, dass nicht nur der Elektronenspin auf die Magnete wirkt, sondern auch das Magnetfeld, das jeden elektrischen Strom umgibt. Mit unserer Messmethode konnten wir bestehende Vorhersagen über die Wechselwirkung zwischen Spinströmen und Ferromagneten erweitern und besser quantifizieren." Diese Entdeckung hat Auswirkungen auf die mögliche Realisierbarkeit solcher nichtflüchtiger Datenspeicher. Die Forschergruppe arbeitet bereits an konkreten Umsetzungsmöglichkeiten. In Zusammenarbeit mit dem Arbeitsbereich TIS des Departments für Informatik entwickeln sie Modelle, die es ihnen erlauben, das Verhalten solcher Strukturen in komplexen Elektronikschaltkreisen vorherzusagen.

Originale Veröffentlichung:

"Time-Resolved X-ray Microscopy of Spin-Torque-Induced Magnetic Vortex Gyration"
M. Bolte, G. Meier, A. Drews, R. Eiselt, L. Bocklage, B. Krüger, S. Bohlens, T. Tyliszczak, A. Vansteenkiste, B. Van Waeyenberge, K. W. Chou, A. Puzic, and H. Stoll
Physical Review Letters 100, 176601 (2008)
doi:10.1103/PhysRevLett.100.176601

Heiko Fuchs | idw
Weitere Informationen:
http://link.aps.org/abstract/PRL/v100/e176601
http://www.sciencemag.org/content/vol320/issue5879/twil.dtl#320/5879/987b
http://www.sfb668.de

Weitere Berichte zu: Magnetisierung Spinströme

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion
23.06.2017 | Max-Planck-Institut für Astrophysik

nachricht Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt
22.06.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

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: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften