Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Domänenwände in Nanodrähten trickreich in Bewegung gesetzt

03.04.2014

Domänenwände lassen sich durch magnetische Feldpulse synchron verschieben – Wichtige Voraussetzung für die Entwicklung von Nano-Bauteilen für die Datenspeicherung und Sensortechnik

Bei der Erforschung von Prozessen zur Informationsverarbeitung in Nanomagneten ist Wissenschaftlern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ein entscheidender Durchbruch gelungen. Mit Hilfe eines Tricks konnten sie die Domänenwände in einem ferromagnetischen Nanodraht synchron verschieben. Dazu wurde senkrecht zur Ebene der Domänenwände ein gepulstes Magnetfeld angelegt.


Demonstration der synchronen Verschiebung mehrerer Domänenwände über große Distanzen durch angepasste senkrechte Feldpulse

Quelle: Kläui-Lab, Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

„Das ist eine radikal neue Lösung“, teilte Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui vom Institut für Physik der JGU mit. „Die Domänenwände lassen sich dadurch über eine relativ große Distanz synchron bewegen, ohne dass sie in ihre Ausgangsposition zurückfallen“. Dies ist für die dauerhafte Datenspeicherung unerlässlich. Denn würden die Domänenwände in ihre ursprüngliche Position zurücklaufen, käme es zum Datenverlust.

Die Forschungen erfolgten in Kooperation mit den Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Stefan Eisebitt an der TU Berlin und von Prof. Dr. Gisela Schütz vom Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Stuttgart. Sie wurden Ende März von Nature Communications publiziert.

Magnetische Nanodrähte weisen kleine Regionen mit einheitlicher Magnetisierung auf, sogenannte Domänen, die als Speichereinheiten (Bits) genutzt werden. Treffen Domänen mit unterschiedlicher Ausrichtung aufeinander, wird dieser Bereich als Domänenwand bezeichnet. Informationen können in den Domänen gespeichert und durch die Bewegung der Domänenwände gelesen und verarbeitet werden.

Die Methode hat den großen Vorteil, dass die Informationen – wie bei der magnetischen Datenspeicherung generell – nicht verloren gehen können, ganz im Gegensatz zu halbleiterbasierten Speichern wie z.B. Arbeitsspeicher im Computer, die Informationen ohne Strom schnell vergessen. Außerdem werden keine anfälligen beweglichen Komponenten, wie es beispielsweise der Lesekopf einer Festplatte ist, benötigt.

Bislang war es jedoch nicht gelungen, die erforderliche kontrollierte und synchrone Bewegung von mehreren Domänenwänden mit magnetischen Feldern zu erreichen. Der nächstliegende Lösungsansatz wäre ein magnetisches Feld in die Richtung anzulegen, in der die Magnetisierung in dem Nanodrähtchen verläuft. In der Praxis ist dies jedoch nicht geeignet, da es zu Datenverlust kommt.

Die Arbeitsgruppe um Mathias Kläui hat einen radikal neuen Ansatz verfolgt und war damit erfolgreich: Das magnetische Feld wird senkrecht zu den in einer Ebene magnetisierten Domänenwänden angelegt und es wird außerdem gepulst. Wie die Mainzer Wissenschaftler in ihrem Modellsystem festgestellt haben, führen asymmetrische Feldpulse dazu, dass die vorwärts- und rückwärtsgerichteten Kräfte, die auf die Domänenwände einwirken, maßgeschneidert werden können und somit können die Daten kontrolliert im Speicher verschoben werden.

Die beteiligten Physiker der Uni Mainz haben ihre Idee zunächst anhand von mikromagnetischen Simulationen untersucht und schließlich auch experimentell getestet. Hierzu haben sie die magnetische Anordnung in den Nanodrähtchen am Elektronenspeicherring BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (HZB) im Bild festgehalten.

Wie aufgrund der Simulation erwartet, konnte eine Verschiebung der Domänenwände beobachtet werden, wobei die Richtung der Verschiebung mit dem Modell übereinstimmte. Die Wissenschaftler haben außerdem die Energie berechnet, die für die experimentell beobachtete Domänenwand-Bewegung notwendig wäre, und sind zu dem Schluss gekommen, dass der Energieverbrauch des vorgeschlagenen Systems mit den besten derzeit verfügbaren Bauteilen durchaus wettbewerbsfähig wäre.

„Die Ergebnisse stimmen uns sehr optimistisch. Wir gehen davon aus, dass mit dem neuen Ansatz ein notwendiger Paradigmenwechsel ermöglicht wird, um eine effiziente und kontrollierte synchrone Bewegung der Domänenwände in Nanodrähten zu erreichen“, erwartet Mathias Kläui. Damit wäre der Weg frei für die Entwicklung von nicht-flüchtigen Spintronik-Bauteilen der nächsten Generation, die in einem breiten Spektrum von Datenspeichern, Logik- und Sensorbausteinen zur Anwendung kommen könnten. 

Veröffentlichung:
June-Seo Kim et al.
Synchronous precessional motion of multiple domain walls in a ferromagnetic nanowire by perpendicular field pulses
Nature Communications, 24. März 2014
DOI: 10.1038/ncomms4429

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Mathias Kläui
Kläui-Lab
Theorie der kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
D 55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23633
E-Mail: klaeui@uni-mainz.de
http://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/

Weitere Links:
http://www.nature.com/ncomms/2014/140324/ncomms4429/full/ncomms4429.html

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Klein bestimmt über groß?
29.03.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

nachricht Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet
29.03.2017 | Technische Universität Wien

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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten