Peter Grünberg Institut (PGI)

Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1)

“MAGicSky”: Forschung für energieeffiziente Computerbauteile

24. November 2015

Ein neues Forschungsprojekt soll die Energieeffizienz von Prozessoren und Datenspeichern verbessern. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Frankreich, Deutschland, Großbritannien und der Schweiz verfolgen in „Magnetic Skyrmions for Future Nanospintronic Devices“, kurz „MAGicSky“, ein innovatives Konzept für neuartige Rechnerkomponenten auf der Basis von magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Sie wollen anhand erster nanomagnetischer Bauteile demonstrieren, dass sich Skyrmionen grundsätzlich für die Informationsverarbeitung nutzen lassen – und damit den Weg ebnen für eine industrielle Entwicklung. Die EU fördert das Projekt mit rund 3,3 Millionen Euro. Jetzt wurde die offizielle Projektwebsite mit Informationen über Ziele und Partner des Projekts freigeschaltet.

Im Konzept der sogenannten „Race-Track Memory“-Speichertechnologie soll ein Skyrmion eine „Null“ codieren, ein ferromagnetischer Bereich eine „Eins“. Der in Jülich entdeckte TXMR-Effekt könnte das Auslesen der Daten ermöglichen.

Skyrmionen gehören zu den kleinsten bekannten stabilen magnetischen Gebilden. Man kann sie sich als zweidimensionale magnetische Wirbel aus nur wenigen Atomen an der Oberfläche oder Grenzfläche dünner Metallfilme vorstellen. Ihre magnetischen Momente zirkulieren mit einem festen Drehsinn innerhalb einer Ebene. Die an „MAGicSky“ beteiligten Gruppen der Uni Hamburg, der Uni Kiel und des Forschungszentrums Jülich hatten die – sehr beständigen – Wirbel erst vor wenigen Jahren entdeckt. „Nanomagnetische Bauteile auf der Basis von Skyrmionen könnten zu einem Durchbruch in der Energieeffizienz führen. Smartphones und Laptops müssten dann viel seltener geladen werden als heute, Rechenzentren benötigten weniger Energie“, erläutert Prof. Stefan Blügel, Direktor des Jülicher Institutsbereichs „Quanten-Theorie der Materialien“ (PGI-1/IAS-1). Seine Gruppe erforscht die theoretischen Grundlagen von „MAGicSky“.

Jedes Skyrmion soll zukünftig ein Bit speichern. Durch ihre geringe Größe lässt sich eine hohe Dichte erreichen. Anders als bei Festplatten, die zum Einschreiben und Auslesen von Daten in Rotation versetzt werden, sollen sich bei den Skyrmionen-basierten Bauteilen die Bits durch das Material hindurch bewegen, ähnlich wie elektrischer Strom durch einen Draht fließt. Mechanisch bewegliche Teile werden nicht benötigt, lediglich schwache elektrische Ströme; das spart Energie. Die Daten wären außerdem nach dem Einschalten sofort verfügbar, werden also nicht-flüchtig gespeichert. Die angestrebten Bauteile sollen mit Techniken herstellbar sein, die heute schon industrieller Standard sind.

Weitere Informationen:

Projekt-Website Magnetic Skyrmions for Future Nanospintronic Devices (MAGicSky): Magnetic Skyrmions for Future Nanospintronic Devices (MAGicSky) (english)

Institutsbereich „Quanten-Theorie der Materialien“ (PGI-1/IAS-1): “Quantum Theory of Materials” (PGI-1/IAS-1)

Pressemitteilung vom 16.10.2015 „Neuer Magneteffekt erspürt Nanomagnetwirbel“

Pressemitteilung vom 20.10.2014 „Neue Magnetmaterialien für die Informationstechnologie"

Pressemitteilung vom 21.7.2011 „Neue magnetische Ordnung entdeckt“