Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ionenstrahlen ebnen den Weg zu neuen Ventilen für die Spintronik

17.02.2014
Einen neuartigen Ansatz zur Herstellung von Spin-Ventilen haben Forscher am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) erprobt.

Mit Ionenstrahlen konnten sie eine Eisen-Aluminium-Legierung so strukturieren, dass das Material auf der Nanometer-Skala in unterschiedlich magnetisierbare Bereiche unterteilt ist.

Die Legierung kann somit die Funktion eines Spin-Ventils ausüben, das als Bauelement für die Spintronik von großem Interesse ist. Diese Technologie nutzt für die Informationsspeicherung und -verarbeitung nicht nur die Ladung von Elektronen, sondern auch deren innere magnetische Eigenschaften (Spin). Die Spintronik hat ein großes Potenzial beispielsweise für magnetische Arbeitsspeicher.

Üblicherweise bestehen Spin-Ventile aus nicht-magnetischen und ferromagnetischen Lagen, die übereinander geschichtet werden. Das ist aufwändig, und die zuverlässige Kontaktierung dieser Bauelemente stellt hohe Anforderungen. HZDR-Forscher Dr. Rantej Bali und seine Kollegen verfolgten deshalb einen anderen Weg.

„Wir haben Strukturen mit lateraler Spinventil-Geometrie hergestellt, die unterschiedlichen magnetischen Bereiche sind hier nebeneinander angeordnet anstatt übereinander gestapelt“, so Bali. Eine parallele Bearbeitung größerer Oberflächen sollte somit einfach möglich sein und eine kostengünstige Herstellung erlauben.

Zunächst haben die Wissenschaftler eine dünne Schicht einer Eisen-Aluminium-Legierung (Fe60Al40) bei 500 Grad Celsius getempert. Dadurch bildete sich eine hochgeordnete Struktur, in der jede zweite Atomlage nur aus Eisenatomen bestand. Diese Substanz verhielt sich, wie die Forscher erwarteten, paramagnetisch – die magnetischen Momente waren also ungeordnet. Anschließend überzogen die Wissenschaftler die Legierung so mit einem Schutzlack, dass auf der Oberfläche ein Streifenmuster entstand. Die freien Bereiche waren abwechselnd zwei Mikrometer und 0,5 Mikrometer breit und durch Lackstege mit einer Breite von 40 Nanometern voneinander getrennt.

Dieses Material wurde dann im Ionenstrahlzentrum des HZDR mit Neon-Ionen bestrahlt – mit gravierenden Folgen. Wie die Forschungsergebnisse der Wissenschaftler zeigen, weist das bestrahlte Material sehr interessante Eigenschaften auf. Unter den schützenden Lackstegen bleibt es paramagnetisch. Doch die schmalen und breiten Streifen dazwischen werden ferromagnetisch. Diese Bereiche lassen sich magnetisieren. „Ein Spin-Ventil wird über das Magnetfeld geschaltet. Je nach Orientierung der Spins – parallel oder antiparallel – ändert sich der elektrische Widerstand. Wir interessieren uns für die Größe des Effektes“, sagt Bali. Ein von außen angelegtes Magnetfeld bewirkt, dass sich die Spins in diesen Bereichen geordnet ausrichten. Je nach Stärke des Magnetfelds können sie parallel oder antiparallel eingestellt werden. Diese Magnetisierung ist permanent und geht nicht verloren, wenn das äußere Feld abgeschaltet wird.

Die Ursache für dieses Verhalten liegt darin, dass die Ionenstrahlen die Struktur der Legierung verändern. „Die geordnete Struktur mit den Eisen-Lagen wird durch die Ionen zerstört. Die Ionen stoßen die Atome von ihren Plätzen, und andere Atome füllen diese Plätze auf. Eisen- und Aluminiumatome sind danach zufällig verteilt“, erläutert Sebastian Wintz, der als Doktorand an den Forschungsarbeiten beteiligt war. Für dieses Bäumchen-Wechsel-Dich-Spiel auf atomarer Ebene genügt eine geringe Ionendosis. „Es ist eine Kaskade“, beschreibt Wintz den Vorgang, „ein einziges Ion kann bis zu 100 Atome deplatzieren.“ In die Bereiche unter den Lackstegen können die Ionen hingegen nicht eindringen. Daher bleiben diese Regionen paramagnetisch, und sie trennen die ferromagnetischen Streifen voneinander.

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern vom Helmholtz-Zentrum Berlin gelang es, die magnetische Struktur des Materials sichtbar zu machen. Dazu wurde das Spezial-Mikroskop SPEEM (spin-resolved photoemission microscope) genutzt, das am Synchrotron BESSY 2 betrieben wird. Die mikroskopischen Aufnahmen lassen die unterschiedlich magnetisierten Bereiche erkennen und zeigen, welch hohe räumliche Auflösung bei dem Strukturierungsverfahren erreicht werden kann.

In weiteren Versuchen wollen Rantej Bali und seine Kollegen nun die Eigenschaften des magnetisch strukturierten Materials weiter untersuchen. Außerdem möchten die Forscher herausfinden, ob eine weitere Miniaturisierung möglich ist. Je kleiner Bauelemente wie Spin-Ventile sind, umso leistungsfähiger werden die elektronischen Bauteile.

Text: Uta Bilow

Publikation: Rantej Bali u.a., Nano Letters 14, 435 (2014), DOI: 10.1021/nl404521c

Weitere Informationen:
Dr. Rantej Bali / Sebastian Wintz
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR
Tel. +49 351 260-2919
E-Mail: r.bali@hzdr.de / s.wintz@hzdr.de
Medienkontakt:
Dr. Christine Bohnet | Pressesprecherin
Tel. +49 351 260 - 2450 oder +49 160 969 288 56 | c.bohnet@hzdr.de |
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum
Weitere Informationen:
http://www.hzdr.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne
20.07.2018 | Universität Rostock

nachricht Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation
13.07.2018 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

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

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

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