Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher filmen Magnetspeicher in Superzeitlupe -- DESYs PETRA III zeigt magnetische Mikrowirbel

25.11.2014

Forscher haben mit einer Superzeitlupe bei DESY einen magnetischen Datenspeicherkandidaten der Zukunft bei der Arbeit gefilmt. Der Film aus dem Röntgenmikroskop zeigt, wie sich magnetische Wirbel in ultraschnellen Speicherzellen ausbilden. Die Arbeit ermöglicht ein besseres Verständnis der Dynamik magnetischer Speichermaterialien, wie die Wissenschaftler um Dr. Philipp Wessels von der Universität Hamburg im Fachjournal "Physical Review B" berichten. Magnetspeicher sind in jeder Computer-Festplatte enthalten.

„Zum ersten Mal lässt sich mit unseren Aufnahmen in Echtzeit verfolgen, wie die Magnetisierung genau abläuft“, betont Wessels aus der Gruppe von Prof. Markus Drescher am Hamburg Center for Ultrafast Imaging (CUI). „Damit lässt sich das Schalten dieser Magnetzellen erstmals im Detail beobachten.“


Darstellung der Magnetfeldrichtung in der Speicherzelle.

Bild: Philipp Wessels/Universität Hamburg


Röntgenmikroskop-Aufnahme der Speicherzelle.

Bild: Philipp Wessels/Universität Hamburg

Die Forscher haben für ihre Untersuchung eine Speicherzelle bestehend aus einer Mischung (Legierung) aus Nickel und Eisen gewählt, die sich in weniger als einer milliardstel Sekunde magnetisieren lässt.
Mit einem eigens konstruierten Röntgenmikroskop, das zusammen mit der Gruppe von Prof. Thomas Wilhein von der Hochschule Koblenz entwickelt wurde, konnten die Wissenschaftler verfolgen, wie eine Speicherzelle gelöscht und neu beschrieben wird.

Die extrem kurzen Röntgenblitze von DESYs Forschungslichtquelle PETRA III ermöglichten dabei eine Zeitauflösung von 0,2 milliardstel Sekunden (200 Pikosekunden). Die Magnetisierung lässt sich daran ablesen, wie stark einzelne Bereiche der Probe das polarisierte Röntgenlicht schlucken. Das Röntgenmikroskop kann dabei noch 60 millionstel Millimeter (60 Nanometer) kleine Details erkennen.

Für ihre Untersuchungen nutzten die Wissenschaftler winzige, quadratische Nickel-Eisen-Speicherzellen mit einer Kantenlänge von zwei tausendstel Millimetern (2 Mikrometer). Diese Speicherzellen formen in ihrem Inneren vier magnetische Bereiche aus, sogenannte Domänen, zwischen denen sich die Magnetisierung entweder mit oder gegen den Uhrzeigersinn ändert. Diese magnetischen Domänen sind dreieckig, und ihre Spitzen treffen sich in der Mitte der Speicherzelle. Auf diese Weise entsteht im Zentrum der Zelle ein magnetischer Wirbelkern.

Wird eine Speicherzelle durch ein äußeres Magnetfeld gelöscht, wandert der Magnetwirbelkern aus ihr heraus. „In unseren Untersuchungen ließ sich erstmals messen, mit welcher Geschwindigkeit die Wirbelkerne aus dem Material herausgedrückt werden“, erläutert Ko-Autor Dr. Jens Viefhaus, verantwortlich für das Strahlrohr P04, an dem die Versuche stattfanden. Ein solcher Kern schießt demnach mit über 3600 Kilometern pro Stunde aus der Speicherzelle hinaus. „Dieser Vorgang lässt sich sehr gut reproduzieren, so dass wir die Geschwindigkeit zuverlässig bestimmen konnten“, erläutert CUI-Forscher Privatdozent Dr. Guido Meier. „Möglich wurde diese Messung nur, weil wir sehr starke und stabile magnetische Anregungspuls verwenden konnten.“

Das äußere Magnetfeld erzwingt in der gesamten Speicherzelle eine einheitliche Magnetisierung. Wird es abgeschaltet, bildet die Zelle erneut die vier magnetischen Domänen und einen zentralen Wirbel aus - je nach Richtung des äußeren Magnetfelds ist sie damit neu beschrieben worden. Dieser Vorgang ist jedoch komplex. „Der Vier-Domänen-Zustand entwickelt sich über ein kompliziertes Zickzackmuster, und die Entstehung dieses Zustandes konnten wir erstmals ‚live‘ beobachten“, berichtet Wessels. Dieses Verhalten deckt sich mit Ergebnissen aus Simulationsrechnungen. Die Superzeitlupe erlaubt nun genauere Einblicke in diese schnelle Dynamik.

„Mit derselben Methode lässt sich die Dynamik beliebiger anderer Magnetmaterialien untersuchen“, betont Wessels. „Unsere Experimenten können beitragen zu verstehen, wie schnell man Daten prinzipiell auf magnetische Speichermaterialien kodiert in Domänenform schreiben kann.“

Diese Untersuchungen haben durchaus praktische Relevanz für die Speichertechnologie. „Zwar kommen heute in Laptops und anderen mobilen Geräten immer häufiger nichtmagnetische Speichermaterialien wie beispielsweise Flash-Speicher zum Einsatz, aber wenn es um große Datenmengen geht, sind magnetische Datenspeicher konkurrenzlos günstig“, betont Wessels. „Der Trend geht zum Speichern in der Cloud, und die Cloud ist magnetisch.“Ein besseres Verständnis der Magnetdynamik kann dabei zu schnelleren und leistungsfähigeren Speichermaterialien führen.

An der Arbeit waren die Universität Hamburg, die Hochschule Koblenz, das Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie sowie DESY beteiligt. Das mobile Röntgenmikroskop wurde von der Universität Hamburg und der Hochschule Koblenz entwickelt und vom Bundesforschungsministerium aus Mitteln für die Verbundforschung gefördert. Am Exzellenzcluster CUI sind die Universität Hamburg, DESY, das Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie, der europäische Röntgenlaser European XFEL und das Europäische Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) beteiligt.


Weitere Informationen:

http://www.desy.de/infos__services/presse/pressemeldungen/2014/pm_251114/index_ger.html Meldung mit Bildern und Videos
http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.184417  Originalveröffentlichung

Dr. Thomas Zoufal | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flipper auf atomarem Niveau
30.03.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

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

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: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

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....

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

Herzerkrankungen: Wenn weniger mehr ist

30.03.2017 | Medizin Gesundheit

Flipper auf atomarem Niveau

30.03.2017 | Physik Astronomie

Europaweite Studie zu „Smart Engineering“

30.03.2017 | Studien Analysen