Neue Grenzen der magnetischen Speicherung
Die Dateien, die wir täglich sowohl bei der Arbeit als auch in der Freizeit nutzen, sind nichts anderes als Ströme digitaler Daten, repräsentiert durch Nullen und Einsen. Diese Nullen und Einsen befinden sich auf einer dünnen magnetischen Schicht auf einer Computerfestplatte: nach oben ausgerichtete Einheiten sind die Einsen und nach unten ausgerichtete Stellen die Nullen. Diese magnetischen Einheiten sind inzwischen wenige Zehntel Nanometer klein, sodass wir also ein Terabyte an Daten auf nur vier Quadratzentimetern unterbringen können. Das klingt zwar sehr beeindruckend, allerdings birgt diese "Miniaturisierung" für Physiker und Ingenieure zahlreiche Probleme. Die rasante und ständig wachsende IT-Branche (Informationstechnologie) stellt den Anspruch, dass diese winzigen magnetischen Bits alle Informationen speichern, und zwar so schnell und energieeffizient wie möglich. Abhilfe könnte eine neue Methode für das magnetische Speichern bringen, wie sie von einem Team EU-finanzierter Wissenschaftler aus Spanien und Frankreich entwickelt wurde. In einem Artikel für die Zeitschrift Nature legt das Team dar, wie ihre Methode helfen könnte, diese Probleme zu lösen und den sich verändernden Anforderungen des Marktes gerecht zu werden. Als Teil des Projekts NOMAD ("Nanoscale magnetization dynamics") erhielt die Studie Fördermittel für Nachwuchsforscher (Starting Grant) des Europäischen Forschungsrates (European Research Council, ERC) in Höhe von rund 1,5 Mio. EUR aus dem Programm "Ideen" des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU. Die derzeitige Methode, bei der Magnetfelder durch Drähte und Spulen erzeugt werden, hat enorme Einschränkungen bei der Skalierbarkeit und Energieeffizienz. Für die neue, von den Forschern entwickelte Technik werden keine umständlichen Magnetfelder mehr benötigt: Mit ihr können Speicherelemente extrem einfach und reversibel beschrieben werden, indem parallel zur Ebene des magnetischen Bits ein elektrischer Strom injiziert wird. Den Schlüssel für diesen Effekt bieten asymmetrische Schnittstellen oben und unten auf der magnetischen Schicht, die ein elektrisches Feld auf dem Material hervorrufen. In diesem Fall handelt es sich um einen weniger als einen Nanometer dicken Kobaltfilm zwischen Platin- und Aluminiumoxid. Aufgrund subtiler relativistischer Effekte sehen Elektronen beim Überqueren der magnetischen Schicht das elektrische Feld des Materials effektiv als magnetisches Feld, das sich wiederum auf ihre Magnetisierung auswirkt. Je nach Intensität des Stromes und der Richtung der Magnetisierung kann man ein für das Material wesentliches und effizientes Magnetfeld erzeugen, das stark genug ist, um die Magnetisierung umzukehren. Die Forschung hat Implikationen für die Entwicklung von Magnetic Random Access Memories, der sogenannten "MRAMs". Das Ersetzen von Standard-RAMs, die alle paar Millisekunden aktualisiert werden müssen, durch MRAMs würde bedeuten, dass ein Computer sofort hochgefahren und eine erhebliche Menge an Energie eingespart werden könnte. Das Team konnte in seiner Studie zeigen, dass die Methode bei Raumtemperatur zuverlässig funktioniert. Ein weiterer Vorteil dieser Entdeckung ist, dass strominduziertes magnetisches Speichern in "harten" magnetischen Schichten effizienter ist als in "weichen". Das stellt ein überraschendes Ergebnis dar, da weichmagnetische Materialien per Definition einfacher mit externen Magnetfeldern umzuschalten sind; aber es ist enorm praktisch, weil hartmagnetische Werkstoffe auf Nanomaßstab verkleinert werden können, ohne ihre magnetischen Eigenschaften einzubüßen. Damit könnte die Speicherdichte für Informationen erhöht werden, ohne der Fähigkeit zum Beschreiben zu schaden. Das oberste Zielt von NOMAD, das bis 2013 laufen wird, ist die Entwicklung bahnbrechender Ansätze für die Steuerung magnetodynamischer Eigenschaften von nanometergroßen molekularen und metallischen Elementen.Weitere Informationen finden Sie unter: Institut Català de Nanotecnologia: http://www.nanocat.org/#
Länder
Spanien, Frankreich