Durchbruch bei der Herstellung schneller magnetischer Speicher - wissenschaft.de
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Durchbruch bei der Herstellung schneller magnetischer Speicher

Einer internationalen Forschergruppe ist es gelungen, einen mikroskopisch kleinen Stabmagneten in einem Zeitraum von unterhalb einer Nanosekunde umzupolen. Darüber berichten die Wissenschaftler vom Nationalzentrum für wissenschaftliche Forschung (CNRS) in Paris im Fachmagazin Physical Review Letters (Band 90, Referenznummer 017210 und 017204). Dies könnte schon bald den Einsatz schneller, nichtflüchtiger Speicher in Mobiltelefonen und digitalen Kameras ermöglichen.

Ausgangspunkt des Experiments der von Hans Schumacher geleiteten Gruppe war ein magnetischer Film aus einer Legierung aus Eisen, Nickel und Kobalt. Wenn ein derartiger Film magnetisiert wird, bilden sich in ihm kleine Bereiche mit einer konstanten Magnetisierung aus ? die Spins der Atome weisen innerhalb einer derartigen Domäne alle in die gleiche Richtung. Sie sind damit mit einem mikroskopisch kleinen Stabmagneten vergleichbar, und dessen Orientierung kann zur Speicherung eines Bits verwendet werden, etwa in Festplatten. Die Domänen des Films der französischen Gruppe hatten eine Größe von etwa zwei mal vier Mikrometern.

Mittels eines kurzen Magnetfeldimpulses untersuchten die Forscher, in welcher Zeit sich eine derartige Domäne umpolen ließ. Die Wissenschaftler schossen dazu Pulse unterschiedlicher Länge auf den Film und bestimmten gleichzeitig die Richtung der Polarität der einzelnen Stabmagneten. Diese wurden durch die Impulse in periodischer Weise hin- und hergeklappt. Eine vollständige Rotation der Domänen um 360 Grad nahm dabei etwa 300 Pikosekunden (Billionstel Sekunden) in Anspruch.

In einem weiteren Experiment stellten die Forscher mit einem anderen Untersuchungsverfahren sicher, dass die für das Umklappen einer Domäne um 180 Grad benötigte Zeit tatsächlich nur 165 Pikosekunden betrug. Theorien der Magnetisierung derartiger Domänen zu Folge hatten die Forscher damit die kleinstmögliche Umklappzeit erreicht.

Das Experiment verspricht die Herstellung schneller, magnetischer Speicher für Mobiltelefone oder digitale Kameras. Im Gegensatz zu elektronischen Speichern müssen diese nicht ständig durch einen Energieimpuls aufgefrischt werden ? sie speichern die in ihnen codierten Daten permanent. Einem breiten Einsatz magnetischer Speicher standen allerdings bis zu diesem Zeitpunkt die relativ langen Umklappzeiten von über einer Nanosekunde im Wege.

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Magnetische Domänen wurden bisher mittels magnetischer Pulse umgepolt, deren Magnetfeld parallel zur Richtung der Domänen verlief. Die französische Gruppe polte ihre Domänen hingegen mit horizontalen Magnetfeldern um, und dies ermöglicht die extrem kurzen Umklappzeiten. Bevor dieses Verfahren allerdings in magnetischen Computerspeichern angewendet werden kann, müssen die Domänen zur Erleichterung der Integration mit Halbleiterstrukturen beträchtlich verkleinert werden.

Stefan Maier
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