Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Internationalem Forscherteam gelingt die kontrollierte Bewegung von Skyrmionen

02.03.2016

Magnetische Wirbel als Datenspeicher der Zukunft: Grundlagen für die Nutzung von Skyrmionen für anwendungsrelevante Systeme gelegt

Einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) ist ein Durchbruch in der Grundlagenforschung für mögliche Datenspeichertechnologien der Zukunft gelungen.


Die magnetische Struktur eines Skyrmions ist symmetrisch um dessen Kern; Pfeile zeigen die Richtung der Spins an.

Abb./©: Benjamin Krüger, JGU

Die Idee dabei ist es, elektronische Speichereinheiten (Bits) nicht wie bisher üblich auf rotierenden Festplatten zu speichern, sondern als magnetische Wirbelstrukturen, sogenannte Skyrmionen, auf einem Nanodraht wie in einem Schieberegister abzulegen.

Die magnetischen Skyrmion-Bits könnten damit schnelle Zugriffszeiten, hohe Speicherdichten und eine gesteigerte Energieeffizienz erreichen. Im Rahmen der jetzigen Arbeit wurden einzelne Skyrmionen bei Raumtemperatur erstmals gezielt durch Strompulse verschoben. Die Forschungsarbeit wurde im Fachmagazin Nature Materials publiziert.

Magnetische Skyrmionen sind spezielle Spinstrukturen, die in Materialien und insbesondere in dünnen Schichten auftreten können, wenn deren Inversionssymmetrie gebrochen ist. In den hier betrachteten Systemen bedeutet dies, dass ein dünner Metallfilm verwendet wird, dessen Schichtenaufbau nicht symmetrisch ist.

In diesem Fall können sich Spinstrukturen bilden, die sich ähnlich verhalten wie ein Haarwirbel: So schwierig es sein kann, diesen Wirbel zu glätten, so schwer ist es, das Skyrmion zu zerstören, was ihm gesteigerte Stabilität verleiht.

Eine wichtige Eigenschaft der Skyrmionen ist es nun, dass sie isoliert in magnetischen Materialien existieren können und generell ungern mit dem Rand einer Struktur kollidieren. Dies verleiht ihnen die einzigartige Fähigkeit, isolierte Defekte im Material oder Eckenrauigkeit zu umgehen, während andere magnetische Strukturen wie Domänenwände damit kollidieren würden.

Skyrmionen sind damit exzellente Kandidaten für das magnetische Schieberegister, den Racetrack-Speicher: Informationen könnten in Skyrmionen kodiert und diese dann mit Strom an festen Lese- und Schreibköpfen vorbeibewegt werden. Das Prinzip wäre sowohl schnell als auch völlig unabhängig von beweglichen mechanischen Teilen und damit für mobile Anwendungen ideal geeignet.

Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde bewiesen, dass individuelle Skyrmionen bei Raumtemperatur tatsächlich in einem magnetischen Draht, einem Racetrack, kontrolliert durch kurze Strompulse bewegt werden können. Des Weiteren wurden neue Methoden zur Beschreibung ihrer Dynamik etabliert und experimentell bestätigt. Die Arbeit kann damit als Grundstein für die Verwendung von Skyrmionen in anwendungsrelevanten Systemen angesehen werden.

„Es ist immer schön zu sehen, wenn ein gemeinsames Projekt schnell zu spannenden Ergebnissen führt. Bei diesem hier gilt das ganz besonders, da wir innerhalb von nur einem Jahr nach der Vereinbarung der Kooperation bereits diese Veröffentlichung schreiben konnten. Ihre Fertigstellung wäre ohne die enge Zusammenarbeit zwischen JGU und MIT und den regen Austausch nicht zustande gekommen“, merkte Kai Litzius, Koautor der Veröffentlichung, an. Seine Arbeit erfolgte als Stipendiat der Exzellenz-Graduiertenschule „Materials Science in Mainz" (MAINZ) in der Gruppe von Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui.

„Mich hat die effiziente Zusammenarbeit und die nachhaltige Kooperation mit Gruppen am MIT sehr gefreut. Nach einer Anschubfinanzierung durch ein Kooperationsprojekt finanziert durch das BMBF konnten wir unter anderem durch mehrere Aufenthalte von Studenten am MIT seit 2014 sechs gemeinsame Publikationen veröffentlichen“, sagte Kläui, Professor am Institut für Physik und Direktor von MAINZ.

Die Graduiertenschule MAINZ wurde in der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder im Jahr 2007 bewilligt und erhielt in der zweiten Runde 2012 eine Verlängerung. Sie besteht aus Arbeitsgruppen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Kaiserslautern und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung. Einer der Forschungsschwerpunkte ist die Spintronik, wobei die Zusammenarbeit mit führenden internationalen Partnern eine wichtige Rolle spielt.

Veröffentlichung:
Seonghoon Woo et al.
Observation of room-temperature magnetic skyrmions and their current-driven dynamics in ultrathin metallic ferromagnets
Nature Materials, 29. Februar 2016
DOI: 10.1038/nmat4593

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Mathias Kläui
Physik der Kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23633
E-Mail: klaeui@uni-mainz.de
http://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/308.php

Exzellenz Graduiertenschule Materials Science in Mainz
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-26984
Fax +49 6131 39-26983
E-Mail: mainz@uni-mainz.de
http://www.mainz.uni-mainz.de/

Weitere Links:
http://palgrave.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4593.html (Abstract)
https://www.uni-mainz.de/presse/63817.php (Pressemitteilung vom 03.02.2015 „Physiker beobachten Bewegung von winzigen Magnetisierungswirbeln“)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht LTE-V2X-Direktkommunikation für mehr Verkehrssicherheit
15.11.2018 | FOKUS - Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

nachricht Elektronische Haut zeigt Weg nach Norden - HZDR-Forscher verleihen Menschen mit Sensoren Magnetsinn
15.11.2018 | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Im Focus: A Chip with Blood Vessels

Biochips have been developed at TU Wien (Vienna), on which tissue can be produced and examined. This allows supplying the tissue with different substances in a very controlled way.

Cultivating human cells in the Petri dish is not a big challenge today. Producing artificial tissue, however, permeated by fine blood vessels, is a much more...

Im Focus: Optimierung von Legierungswerkstoffen: Diffusionsvorgänge in Nanoteilchen entschlüsselt

Ein Forschungsteam der TU Graz entdeckt atomar ablaufende Prozesse, die neue Ansätze zur Verbesserung von Materialeigenschaften liefern.

Aluminiumlegierungen verfügen über einzigartige Materialeigenschaften und sind unverzichtbare Werkstoffe im Flugzeugbau sowie in der Weltraumtechnik.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

Wer rechnet schneller? Algorithmen und ihre gesellschaftliche Überwachung

12.11.2018 | Veranstaltungen

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

Emulsionen masschneidern

15.11.2018 | Materialwissenschaften

LTE-V2X-Direktkommunikation für mehr Verkehrssicherheit

15.11.2018 | Informationstechnologie

Daten „fühlen“ mit haptischen Displays

15.11.2018 | Energie und Elektrotechnik

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