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Nanomagnete einfacher herstellen und schneller schalten

31.10.2013
Nanomagnete sind vielversprechende Kandidaten als Bauteile für sparsamere und leistungsfähigere Computer der Zukunft.
Neue Erkenntnisse Jülicher Physiker zeigen, dass sich Speicherbausteine aus solchen Nanomagneten deutlich einfacher herstellen und schneller schalten lassen als bisher gedacht.

Nanomagnete bestehen nur aus einer Handvoll Atome. Mit ihrer Hilfe könnte die Größe der Bits, die Informationen magnetisch kodieren, von derzeit etwa einer Million Atome deutlich verringert werden.
Forschergruppen weltweit verfolgen verschiedene Strategien, um Daten sicher in Nanomagnete einzuschreiben und wieder auszulesen. Allen gemeinsam ist die Notwendigkeit, die Nanomagnete dazu auf einer Metalloberfläche zu befestigen. Der Kontakt mit der Oberfläche kann die Eigenschaften der Nanomagnete jedoch negativ beeinflussen.

Physiker des Forschungszentrums Jülich sagen nun vorher, dass der Kontakt zu bestimmten Metallen den Nanomagneten dagegen eine positive Eigenschaft verleihen kann. Die Forscher haben berechnet, dass ferromagnetische Materialien, zu denen etwa Eisen oder Kobalt zählen, die ihnen innewohnende sogenannte Anisotropie auf Nanomagnete aus verschiedensten Materialien übertragen können.
Bisher dachte man, Nanomagnete könnten diese Eigenschaft nur dann ausbilden, wenn sie eine geeignete atomare Struktur aufweisen. Anisotropie bewirkt, dass der Magnetismus entlang einer Vorzugsrichtung stabilisiert wird. Damit ist sie eine Grundvoraussetzung, um Nanomagnete zum Speichern von magnetischen Informationen nutzen zu können.

Nach Einschätzung der Jülicher Wissenschaftler lassen sich also Nanomagnete als Informationsspeicher einfacher herstellen, wenn sie auf der Oberfläche von ferromagnetischen Materialien befestigt werden.

Jülicher Forscher schlagen vor, Informationsbits zukünftig mithilfe eines neuen Effekts in Nanomagneten zu speichern. So funktioniert es: Die rote Kugel symbolisiert ein nanoskaliges System, z.B. ein Molekül, mit einem magnetischen Moment (rote Pfeile). Durch die Nähe zu einem Ferromagneten (violetter Quader) kann sich eine Barriere bilden (rote Kurve), die einem Umklappen des magnetischen Moments entgegenwirkt. Es stabilisiert sich stattdessen entlang einer Vorzugsrichtung (schwarz gestrichelte Linie), ohne eine der beiden Richtungen zu bevorzugen. Durch diesen Effekt lassen sich Bits in den beiden Zuständen „up“ und „down“ sicher speichern.
Quelle: Forschungszentrum Jülich

Ein weiterer Vorteil der auf diese Weise hergestellten Nanomagnete soll sein, dass sie sich elektrisch schalten lassen. Bei den herkömmlichen Nanomagneten ist dazu ein vergleichsweise langsames, von außen angelegtes Magnetfeld nötig.

Originalveröffentlichung:
Spintronic magnetic anisotropy. M. Misiorny. M. Hell, and M. R. Wegewijs. Nature Physics, published online 6 October 2013;
DOI: 10.1038/nphys2766

Link zum Artikel:
http://dx.doi.org/10.1038/nphys2766

Weitere Informationen:
Peter Grünberg Institut - Theoretische Nanoelektronik (PGI-2/IAS-3):
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-2/DE/Forschung/forschung_node.html

Young Investigators Group „Single molecule quantum transport“:
http://www.physik.rwth-aachen.de/institute/theorie-a/forschung/arbeitsgruppe-wegewijs/

DFG Research Unit 912 „Coherence and relation properties of electron spins”:
http://www.spintransport.de/projects.php

Erhard Zeiss | Forschungszentrum Jülich GmbH
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de

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