Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), der TU Chemnitz, der TU Dresden und dem Forschungszentrum J\u00fclich haben in einer gemeinsamen Studie gezeigt, dass es m\u00f6glich ist, nicht nur einzelne Bits, sondern auch ganze Sequenzen von Bits in winzigen zylinderf\u00f6rmigen Bereichen zu speichern. Diese Bereiche, auch Zylinderdom\u00e4nen oder bubble domains genannt, haben einen Durchmesser von nur etwa 100 Nanometern.<\/p>\n
In einem Artikel in der Fachzeitschrift Advanced Electronic Materials berichtet das Forschungsteam von den m\u00f6glichen Auswirkungen dieser Erkenntnisse auf die Entwicklung innovativer Speicher- und Sensortechnologien, einschlie\u00dflich magnetischer Varianten von neuronalen Netzwerken.<\/p>\n
Eine Zylinderdom\u00e4ne ist ein winziger, zylinderf\u00f6rmiger Bereich in einer d\u00fcnnen magnetischen Schicht, in dem die Eigendrehimpulse der Elektronen, die das magnetische Moment im Material erzeugen, auf eine spezielle Weise ausgerichtet sind. Dadurch weist dieser Bereich eine abweichende Magnetisierung im Vergleich zur umliegenden Umgebung auf.<\/p>\n
Prof. Olav Hellwig vom HZDR-Institut f\u00fcr Ionenstrahlphysik und Materialforschung beschreibt den Forschungsgegenstand seines Teams als eine kleine, zylinderf\u00f6rmige magnetische Blase, die in einem Meer mit entgegengesetzt orientierter Magnetisierung schwebt. An den Grenzen dieser Zylinderdom\u00e4ne bilden sich Dom\u00e4nenw\u00e4nde, in denen sich die Ausrichtung der Magnetisierung ver\u00e4ndert.<\/p>\n
F\u00fcr die angestrebte Magnet-Speichertechnik ist es von entscheidender Bedeutung, die Spin-Struktur in der Dom\u00e4nenwand pr\u00e4zise zu kontrollieren. Die Ausrichtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn kann direkt zur Codierung von Bits verwendet werden.<\/p>\n
Die Forscherinnen und Forscher konzentrieren sich auch darauf, die Speicherkapazit\u00e4t dreidimensional zu erweitern. Aktuelle Festplatten haben Spurbreiten von 30 bis 40 Nanometern und Bitl\u00e4ngen von 15 bis 20 Nanometern. Durch die Erweiterung in die dritte Dimension k\u00f6nnte diese Begrenzung der Datendichte aufgel\u00f6st werden.<\/p>\n
Eine M\u00f6glichkeit, die interne Spin-Struktur der Dom\u00e4nenw\u00e4nde zu kontrollieren, besteht darin, magnetische Mehrschichtstrukturen zu verwenden. Diese Strukturen erm\u00f6glichen die Einstellung der magnetischen Energien durch das Zusammenspiel verschiedener Materialien und Schichtdicken.<\/p>\n
Das Forschungsteam um Prof. Hellwig hat auf Silizium-Wafern Bl\u00f6cke aus abwechselnden Lagen von Cobalt und Platin aufgetragen, die durch Ruthenium-Schichten voneinander getrennt sind. Diese Struktur wird als Metamaterial bezeichnet und geh\u00f6rt zur Gruppe der synthetischen Antiferromagneten. Besonders an ihnen ist ihre vertikale Magnetisierungsstruktur, bei der Schicht-Bl\u00f6cke \u00fcbereinanderliegend eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufweisen, was zu einer insgesamt neutralen Magnetisierung f\u00fchrt.<\/p>\n
Das Konzept des Racetrack-Speichers wird in diesem Zusammenhang relevant. Dieses System kann man sich \u00e4hnlich wie eine Autorennstrecke vorstellen, entlang derer die Bits wie Perlen auf einer Kette angeordnet sind. Durch die gezielte Steuerung der Schichtdicke und somit der magnetischen Eigenschaften des synthetischen Antiferromagneten k\u00f6nnen nicht nur einzelne Bits, sondern auch ganze Sequenzen von Bits in Form von Dom\u00e4nenw\u00e4nden mit einer Richtung abh\u00e4ngig von der Tiefe gespeichert werden.<\/p>\n
In Zukunft wird es m\u00f6glich sein, solche Multi-Bit-Zylinderdom\u00e4nen entlang dieser magnetischen Daten-Autobahnen kontrolliert, schnell und energieeffizient zu transportieren. Dar\u00fcber hinaus er\u00f6ffnen sich weitere M\u00f6glichkeiten in der Magnetoelektronik, beispielsweise in magnetoresistiven Sensoren oder Spintronik-Komponenten.<\/p>\n
Des Weiteren bergen solche komplexen magnetischen Nano-Objekte ein erhebliches Potenzial f\u00fcr die Umsetzung magnetischer neuronaler Netzwerke, die Daten \u00e4hnlich wie das menschliche Gehirn verarbeiten k\u00f6nnten.<\/p>\n
Schlagw\u00f6rter: Olav Hellwig + Dresden-Rossendorf + HZDR<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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