Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Drei Magnetzustände pro Loch

03.02.2017

Magnetische Lochgitter im Nanometer-Maßstab könnten neue Wege für die Computertechnik eröffnen. So haben Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gemeinsam mit internationalen Kollegen gezeigt, wie sich ein solches Gitter aus Metall bei Raumtemperatur zuverlässig programmieren lässt. Sie fanden zudem heraus, dass bei jedem Loch („Antidot“) drei magnetische Zustände einstellbar sind. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ erschienen.

Für die Programmierung der magnetischen Eigenschaften in einer dünnen Schicht aus dem Metall Kobalt entwarf der Physiker Dr. Rantej Bali vom HZDR zusammen mit Wissenschaftlern aus Singapur und Australien eine spezielle Gitterstruktur. Diese stellten seine Kollegen von der National University in Singapur in einem photolithographischen Prozess her, wie er auch in heutigen Chipfabriken benutzt wird.


Die spezielle Anordnung von vier Löchern in einer Schicht aus Kobalt erlaubt bereits 15 unterschiedliche Typen von Zahlenkombinationen für die Programmierung, wie Forscher am HZDR berechnet haben.

HZDR

Im Ergebnis entstanden jeweils etwa 250 Nanometer (Millionstel Millimeter) große Löcher, sogenannte Antidots, die sich in regelmäßigen Abständen – mit jeweils 150 Nanometer breiten Zwischenräumen – in der Schicht anordneten. Dabei achteten die Spezialisten aus Singapur gemäß den Entwürfen aus Dresden darauf, dass das Metall-Netz ungefähr 50 Nanometer dünn ist, damit es stabil programmierbar wird.

In diesen besonderen Abmessungen zeigte das Antidot-Gitter aus Kobalt interessante Eigenschaften: Das Team um Dr. Bali fand heraus, dass sich mit Hilfe eines von außen angelegten, magnetischen Feldes drei verschiedene magnetische Zustände um jedes Loch herum einstellen lassen. Die Wissenschaftler nennen diese Zustände „G“, „C“ und „Q“. „Die Antidots sind jetzt weltweit sehr populär in der Forschergemeinde.

Durch die Optimierung der Antidot-Geometrie konnten wir zeigen, dass sich die Spins, also die magnetischen Momente der Elektronen, rund um die Löcher zuverlässig programmieren lassen“, so Dr. Bali. „Unterstützung haben wir dabei auch von meinen ehemaligen Kollegen der University of Western Australia erhalten.“

Bausteine für zukünftige Logik

Da die einzelnen programmierbaren Löcher in einer magnetischen Metallschicht liegen, hat die Gitter-Geometrie das Potenzial für Computer, die mit Spinwellen statt mit elektrischem Strom arbeiten. „Spinwellen kann man sich ähnlich wie La-Ola-Wellen in einem Fußballstadion vorstellen.

Die Welle pflanzt sich zwar durch das Stadion fort, die einzelnen Zuschauer, in unserem Fall die Elektronen, aber bleiben auf ihren Sitzplätzen“, erläutert Dr. Bali. Solche Spinwellen-Logikchips dürften weit weniger Strom verbrauchen als heutige Prozessoren, da keine elektrischen Ströme fließen müssen.

Außerdem kann in dem Lochgitter eine Vielzahl von Zuständen realisiert werden, wodurch den Spinwellen bestimmte Richtungen vorgeschrieben werden können. Damit ließe sich auch eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit in zukünftigen Logikchips realisieren.

„Unsere Lochgitter könnten auch Bausteine für künftige Schaltkreise sein, die mit Spinwellen-Logik arbeiten“, schätzt Dr. Bali ein. Welche Dynamik die Spinwellen in solchen Lochgittern entwickeln, will nun der Physikdoktorand Tobias Schneider näher untersuchen. Er beteiligt sich unter anderem an der Entwicklung spezieller Computer-Programme, mit denen die komplexe Berechnung der Magnetzustände in einem Lochgitter möglich wird.

Publikation:
T. Schneider, R. Bali u. a.: „Programmability of Co-antidot Lattices of Optimized Geometry“, Scientific Reports Nr. 7, Artikelnr. 41157 (2017), DOI: 10.1038/srep41157.

Weitere Informationen:
Dr. Rantej Bali | Tobias Schneider
Tel. +49 351 260-2919 | -2689
E-Mail: r.bali@hzdr.de | t.schneider@hzdr.de

Medienkontakt:
Christine Bohnet | Pressesprecherin und Leitung HZDR-Kommunikation
Tel. +49 351 260-2450 oder +49 160 969 288 56 | E-Mail: c.bohnet@hzdr.de
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen betreibt das HZDR große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen.
Das HZDR ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Es hat fünf Standorte (Dresden, Grenoble, Freiberg, Leipzig, Schenefeld) und beschäftigt rund 1.100 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.

Weitere Informationen:

https://www.hzdr.de/presse/antidots

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Berichte zu: Elektronen Gitterstruktur HZDR Helmholtz-Zentrum Kobalt Materie Nanometer Spinwellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Reisetauglicher Laser
22.01.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

nachricht Magnetische Kontrolle per Handzeichen: Team entwickelt elektronische „Haut“ für virtuelle Realität
22.01.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics