Mit Strom Wände versetzen

Unser heutiges Leben ist digital. Egal ob im Beruf oder im Privatleben: Überall haben kleine elektronische Helfer Einzug gehalten und erleichtern unser Leben oder eröffnen uns völlig neue Möglichkeiten. Dabei haben diese Geräte, wie Digicam, MP3-Player oder PDA, eines gemeinsam: sie produzieren Unmengen an digitalen Daten oder wollen mit diesen gefüttert werden.

Doch wohin mit dieser Datenflut? Aktuelle Systeme nutzen Festplatten, die zwar mit gigantischen Speicherkapazitäten aufwarten, aber aufgrund ihrer mechanischen Komponenten unzuverlässig, schwer, laut, teuer, langsam und stromhungrig sind. Alternative Speichermedien ohne Mechanik, wie Flash-Speicher, sind deutlich teurer und noch langsamer als herkömmliche Festplatten. Es muss also eine völlig neue Methode zur Datenspeicherung her.

Bereits im Jahr 2004 entwickelten Forscher von IBM das Konzept der magnetischen „Racetracks“. Dabei werden die Trennwände zwischen entgegengesetzt magnetisierten Bereichen mithilfe von Strompulsen ohne jegliche mechanische Bewegung an Schreib-Lese-Elementen vorbei „geschoben“. Wie in „Physical Review Letters“ nachzulesen ist, gelang es Dr. Guido Meier und seinen Kollegen von der Universität Hamburg erstmals, eine magnetische Domänenwand mit einer sehr hohen Geschwindigkeit in einem ferromagnetischen Draht zu verschieben. Die dabei gemessene strominduzierte Geschwindigkeit von 110 m/s ist im Vergleich mit früheren Messungen zwei Größenordnungen höher und liegt damit im Bereich der theoretischen Vorhersagen. Die magnetische Domänenwand legte bei jedem Versuch mit gleichem Strompuls eine unterschiedliche Strecke zurück, was vermutlich in Unregelmäßigkeiten innerhalb der kristallinen Struktur des verwendeten Materials begründet ist.

Die Messungen der Hamburger Forscher beweisen, dass das Konzept der magnetischen „Racetracks“ sehr vielversprechend ist. Für die Verwendung im Alltag muss noch viel Arbeit investiert werden, um die Domänenwandbewegung zuverlässig und reproduzierbar zu machen und so Daten sicher in Domänenwänden zu speichern.

Wenn es gelingt, diese Herausforderungen zu bewältigen, dann hätten wir einen magnetischen Datenspeicher, der ohne mechanisch bewegte Teile auskommt, extrem hohe Lese- und Schreibgeschwindigkeiten hätte und als hochintegriertes Bauelement sehr kostengünstig hergestellt werden könnte. Außerdem wäre ein magnetischer „Racetrack“ ein nichtflüchtiger Datenspeicher, d. h. er würde seine Daten auch ohne Stromzufuhr nicht verlieren. Lange Zeiten für das Hochfahren eines Computers und Datenverlust durch einen Absturz wären dann endgültig Geschichte.

Original-Veröffentlichung:
Guido Meier, Markus Bolte, René Eiselt, Benjamin Krüger, Dong-Hyun Kim, and Peter Fischer,
Direct Imaging of Stochastic Domain-Wall Motion Driven by Nanosecond Current Pulses

Phys. Rev. Lett. 98 187202 (2007), DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.187202

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Dipl.-Chem. Heiko Fuchs
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