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Nanomagnete einfacher herstellen und schneller schalten

7. Oktober 2013

Nanomagnete sind vielversprechende Kandidaten als Bauteile für sparsamere und leistungsfähigere  Computer der Zukunft.  Neue Erkenntnisse  Jülicher Physiker zeigen, dass sich Speicherbausteine aus solchen Nanomagneten deutlich einfacher herstellen und schneller schalten lassen könnten als bisher gedacht. 


Nanomagnets New Grip_jpgDie rote Kugel symbolisiert ein nanoskaliges System, z.B. ein Molekül, mit einem magnetischen Moment (rote Pfeile). Durch die Nähe zu einem Ferromagneten (violetter Quader) kann sich eine Barriere bilden (rote Kurve), die einem Umklappen des magnetischen Moments entgegenwirkt. Es stabilisiert sich stattdessen entlang einer Vorzugsrichtung (schwarz-gestrichelte Linie),ohne eine der beiden Richtungen zu bevorzugen. Durch diesen Effekt lassen sich Bits in den beiden Zuständen „up“ und „down“ sicher speichern.
Copyright: Forschungszentrum Jülich

 

Nanomagnete bestehen nur aus einer Handvoll Atome. Mit ihrer Hilfe könnte die Größe der Bits, die Informationen magnetisch kodieren, von derzeit etwa einer Million Atome deutlich verringert werden. Forschergruppen weltweit verfolgen verschiedene Strategien, um Daten sicher in Nanomagnete einzuschreiben und wieder auszulesen. Allen gemeinsam ist die Notwendigkeit, die Nanomagnete dazu auf einer Metalloberfläche zu befestigen. Der Kontakt mit der Oberfläche kann die Eigenschaften der Nanomagnete jedoch negativ beeinflussen.

Physiker des Forschungszentrum Jülich sagen nun vorher, dass der Kontakt zu bestimmten Metallen den Nanomagneten dagegen eine positive Eigenschaft verleihen kann. Die Forscher haben berechnet, dass ferromagnetische Materialien, zu den etwa Eisen oder Kobalt zählen, die ihnen innewohnende so genannte Anisotropie auf Nanomagneten aus verschiedensten Materialien übertragen können. Anisotropie bewirkt, dass der Magnetismus entlang einer Vorzugsrichtung stabilisiert wird.   Damit ist sie eine Grundvoraussetzung, um Nanomagnete zum Speichern von magnetischen Informationen nutzen zu können.

Bisher dachte man, Nanomagnete könnten nur dann Anisotropie ausbilden, wenn  sie eine geeignete atomare Struktur aufweisen. Welche Struktur die richtige ist, unterscheidet sich aber von Material zu Material. Die jeweils richtige herauszufinden und herzustellen ist deutlich aufwendiger als der Weg, den die Forscher vorschlagen. Ein weiterer Vorteil der auf diese Weise hergestellten Nanomagnete soll sein, dass sie sich elektrisch schalten lassen. Bei den herkömmlichen ist dazu ein vergleichsweise langsames, von außen angelegtes Magnetfeld nötig.

Originalveröffentlichung:

Spintronic magnetic anisotropy; M. Misiorny. M. Hell, and M. R. Wegewijs;

Online veröffentlicht am 6. Oktober 2013; DOI: 10.1038/nphys2766

Artikel

Weitere Informationen:

Forschung am Institutsbereich Theoretische Nanoelektronik (PGI-2/IAS-3)

Young Investigators Group “Single molecule quantum transport“

DFG Research Unit 912 “Coherence and relation properties of electron spins”:


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