Stabilität skyrmionischer Bits
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)
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.
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
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie
Neuerungen und Entwicklungen auf den Gebieten der Informations- und Datenverarbeitung sowie der dafür benötigten Hardware finden Sie hier zusammengefasst.
Unter anderem erhalten Sie Informationen aus den Teilbereichen: IT-Dienstleistungen, IT-Architektur, IT-Management und Telekommunikation.
Neueste Beiträge
Neue universelle lichtbasierte Technik zur Kontrolle der Talpolarisation
Ein internationales Forscherteam berichtet in Nature über eine neue Methode, mit der zum ersten Mal die Talpolarisation in zentrosymmetrischen Bulk-Materialien auf eine nicht materialspezifische Weise erreicht wird. Diese „universelle Technik“…
Tumorzellen hebeln das Immunsystem früh aus
Neu entdeckter Mechanismus könnte Krebs-Immuntherapien deutlich verbessern. Tumore verhindern aktiv, dass sich Immunantworten durch sogenannte zytotoxische T-Zellen bilden, die den Krebs bekämpfen könnten. Wie das genau geschieht, beschreiben jetzt erstmals…
Immunzellen in den Startlöchern: „Allzeit bereit“ ist harte Arbeit
Wenn Krankheitserreger in den Körper eindringen, muss das Immunsystem sofort reagieren und eine Infektion verhindern oder eindämmen. Doch wie halten sich unsere Abwehrzellen bereit, wenn kein Angreifer in Sicht ist?…
