Magnetische Nano-Speicher

  • 10. October 2017

Elektronenstrahlen können Skyrmionen erzeugen, zer­stören und ihre magne­tischen Eigen­schaften ändern.

Nahezu alle modernen Speichermedien basieren auf Magneten und magne­tischen Eigen­schaften. Weil tech­nische Geräte immer kleiner werden, müssen auch ihre Speicher weiter schrumpfen. Forscher der Uni Halle-Witten­berg und der Stan­ford Univer­sity in den USA haben jetzt nach­ge­wiesen, dass sich mit Hilfe von Elek­tronen­strahlen magne­tische Struk­turen auf extrem kleinen Nano­scheiben nutzen lassen, um Daten zu speichern.

Skyrmionen

Abb.: Die beiden oberen Grafiken zeigen die stabilen Zustände auf der Nano­scheibe, der Farb­code stellt die Rich­tung der Magne­ti­sie­rung in der Ebene dar. In der unteren Grafik stellen die goldenen Pfeile unter­halb des Skyrmions das Magnet­feld des Strom­pulses dar, der zum Um­schalten führt. (Bild: A. Schäffer / U. Halle-Witten­berg)

Für ihre Arbeit stellten die Forscher Berechnungen zu speziellen magne­tischen Phäno­menen an, den Skyrmionen. „Das Beson­dere an diesen Quasi­teilchen ist, dass sie sich in einem sehr stabilen, topo­logisch ge­schützten Zustand befinden und daher eine geringe Anfäl­lig­keit gegen­über externen Ein­flüssen wie Tempe­ra­turen oder Erschüt­te­rungen auf­weisen", sagt Alexander Schäffer von der der Uni Halle-Witten­berg. Damit seien die Teil­chen gute Kandi­daten für moderne Speicher­medien.

Doch diese Stabilität ist auch ein Nachteil. „Skyrmionen sind erst schwer zu erzeugen und dann auch schwer zu ver­ändern“, so Schäffer weiter. Hermann Dürr von der Stan­ford Univer­sity zeigte in einer früheren Studie, dass es grund­sätz­lich möglich ist, mit geziel­ten Elek­tronen­strahlen magne­tische Struk­turen und Domänen zu mani­pu­lieren und auch, welche Begren­zungen es dafür gibt. Speziell die hohe Geschwin­dig­keit, mit der die Mani­pu­lation der magne­tischen Struktur erfolgt, setzt die neue Methode gegen­über der her­kömm­lichen Daten­speiche­rung ab.

Das Team wollte herausfinden, ob sich auf ähnliche Art und Weise auch Skyrmionen ver­ändern lassen, sodass man damit Lese- und Schreib- oder Lösch­funk­tionen wie bei einer Fest­platte reali­sieren kann. Dazu stellten sie ver­schie­dene Berech­nungen an. Es zeigte sich, dass sich die Eigen­schaften von Skyrmionen mit hoch­präzisen, schnellen Elek­tronen­strahlen gut ändern lassen können. „Wir konnten nach­weisen, dass Elek­tronen­strahlen gut dafür geeignet sind, Skyrmionen zu erzeugen, zu zer­stören oder ihre magne­tischen Eigen­schaften zu ver­ändern“, fasst Schäffer zusammen. Die Berech­nungen könnten dabei helfen, Skyrmionen für neu­artige Speicher­medien nutz­bar zu machen. Zunächst müssten die Ergeb­nisse aber experi­men­tell und für größere Flächen über­prüft werden.

MLU / RK

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