Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stabilität skyrmionischer Bits

14.10.2015

Skyrmionen gelten gegenwärtig als heiße Kandidaten für Informationsbits in zukünftigen digitalen magnetischen Speichermedien. Sie besitzen sehr viel versprechende Eigenschaften und können wenige Nanometer groß sein. Wissenschaftler der Universität Hamburg haben nun die Lebensdauern von solchen Strukturen eingehend untersucht um die Stabilitätsmechanismen zu ergründen und für potentielle Datenspeicher maßschneidern zu können.

Ein zentraler Aspekt unserer digitalisierten Welt ist die Speicherung von einer immensen Menge an Daten. Es gibt aktuell verschiedene Methoden dieses zu bewerkstelligen, wobei eine davon auf der Verwendung von so genannten kollinearen magnetischen Zellen basiert.


Die Konfigurationen eines magnetischen Skyrmions auf der linken Seite und eines Ferromagneten auf der rechten Seite. Die Kegel geben die Ausrichtung der lokalisierten atomaren Magnete an. Das Skyrmion besteht aus einer geringen Anzahl an Atomen und besitzt damit einen Durchmesser von nur wenigen Nanometern. Forscher der Universität Hamburg haben das spontane Schalten zwischen den beiden Zuständen, welche als Informationsbits in zukünftigen Speichermedien dienen könnten, untersucht.

(Bild: J. Hagemeister, Universität Hamburg)

In diesen Zellen sind alle atomaren Magnete gleich ausgerichtet und können prinzipiell in zwei verschiedene Richtungen zeigen. Eine solche Zelle kann damit zwei verschiedene Zustände haben und bildet auf diese Weise ein Informationsbit, welches der elementare Baustein eines jeden digitalen Speichermediums ist. In einem magnetischen Datenspeicher wie zum Beispiel der herkömmlichen Festplatte werden viele dieser Zellen auf einer magnetischen Scheibe aneinander gereiht.

Um in der Zukunft das Bedürfnis nach Speichermedien mit noch größeren Kapazitäten befriedigen zu können, müssen die Speicherzellen weiter miniaturisiert werden.

Mit den herkömmlichen magnetischen Speichermedien ist dies nur noch begrenzt möglich, da es eine minimal mögliche Größe gibt, die durch das sogenannte paramagnetische Limit gegeben ist. Dieses liegt daran, dass die Zellen unterhalb dieser Größe thermisch instabil werden und spontan ihren Zustand ändern, wodurch die Information verloren gehen würde.

Es bedarf daher neuer Wege um die Miniaturisierung voran zu bringen. In diesem Zusammenhang hat in den letzten Jahren insbesondere die experimentelle Entdeckung einer nichtkollinearen Struktur, das magnetische Skyrmion, von sich reden gemacht.

Im Skyrmion sind die atomaren Magnete nicht gleich ausgerichtet, sondern bilden einen magnetischen Wirbel bzw. anschaulich gesprochen einen Knoten. Diese Skyrmion-Knoten haben sehr viel versprechende Eigenschaften für neuartige Speichermedien, in denen man zwischen der Skyrmionstruktur („1“) und einer kollinearen ferromagnetischen Struktur („0“), in der alle atomaren Momente gleich ausgerichtet sind, schalten würde.

Wie das Online-Fachjournal „Nature Communication“ am 14. Oktober 2015 berichtete, wurde von Wissenschaftlern der Universität Hamburg die Stabilität einzelner Skyrmionen als Funktion der Temperatur und eines stabilisierenden äußeren Magnetfeldes erforscht. Durch das Justieren der Magnetfeldstärke kann die Lebensdauer der Skyrmionstruktur gezielt beeinflusst werden. Es stellte sich bei den Untersuchungen heraus, dass sich die beiden Zustände „0“ (Ferromagnet) und „1“ (Skyrmion) hinsichtlich ihrer Stabilitätseigenschaften sehr unterschiedlich verhalten.

„Man kann sich zur Veranschaulichung einen Hund vorstellen, der zwischen den zwei Tälern „Ferromagnet“ und „Skyrmion“ hin und her läuft, wobei er jedes Mal einen Berg überwinden muss. Das Tal „Ferromagnet“ liegt niedriger als das Tal „Skyrmion“ und der Hund ist hier ausgeruht und bewegungsfreudig. Im höher gelegenen Tal „Skyrmion“ ist der Hund dagegen erschöpft und macht sich nur ungern wieder auf zurück in das Tal „Ferromagnet“." erklärt Julian Hagemeister, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Roland Wiesendanger.

"Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass solche Skyrmion-Knoten von einer ferromagnetischen Oberfläche nur schwierig entfernt werden können und gerade diese Eigenschaft macht die Skyrmionen so wertvoll für die Anwendung in zukünftigen Speichermedien." erläutert Dr. Elena Vedmedenko.

Die in Hamburg gewonnenen Erkenntnisse werden möglicherweise in der Zukunft dazu beitragen können, die Lebensdauer und Schalteigenschaften von Skyrmionen in geeigneten Materialien präzise zu kontrollieren, was die Entwicklung völlig neuartiger Datenspeicher mit gigantischer Speicherkapazität ermöglichen könnte.

Weitere Informationen:
Heiko Fuchs
Sonderforschungsbereich 668
Universität Hamburg
Jungiusstr. 9A, 20355 Hamburg
Tel.: (0 40) 4 28 38 - 69 59
Fax: (0 40) 4 28 38 - 24 09
E-Mail: hfuchs@physnet.uni-hamburg.de

Weitere Informationen:

http://www.sfb668.de
http://www.nanoscience.de

Heiko Fuchs | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Fraunhofer IPT und Partner setzen Standards für Augmented-Reality-Anwendungen in der Produktion
04.08.2020 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Projekt Applikationszentrum V/AR stellt vergleichende Messung von VR-Trackingsystemen vor
04.08.2020 | Virtual Dimension Center Fellbach w. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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