Chirale magnetische Schwimmer
Neue Art magnetischer Wirbel könnte Skyrmionen ergänzen.
Winzig kleine magnetische Wirbel werden seit einiger Zeit intensiv erforscht. Skyrmionen gelten als vielversprechende Kandidaten für besonders platz- und energiesparende Datenspeicher. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben nun eine weitere Klasse von magnetischen Objekten experimentell nachgewiesen, die sich ebenfalls wie Partikel verhalten. Sie könnten die Entwicklung der Datenspeicher einen großen Schritt voranbringen. Wenn Skyrmionen die „1“ codieren, dann könnten sie die bislang fehlende „0“ sein. Die flachen dreidimensionalen Strukturen treten an der Oberfläche spezieller Legierungen auf und werden von den Forschern auch als „chiral magnetic bobbers“, auf Deutsch „chirale magnetische Schwimmer“, bezeichnet.
Abb.: Abfolge von „magnetischen Schwimmern“ (vorne) und Skyrmionen (weiter hinten) für die Informationsspeicherung (Bild: FZJ / N. Kiselev)
„Für eine lange Zeit waren Skyrmionen die einzigen bekannten Forschungsobjekte im Bereich der sogenannten chiralen Magnete. Mit den ‚magnetischen Schwimmern‘ kommt jetzt eine weitere Klasse hinzu, die über eine Reihe einzigartiger Eigenschaften verfügt“, freut sich Nikolai Kiselev vom Jülicher Peter-
Die Stabilität von Skyrmionen und diesen neuartigen magnetischen Strukturen hängt zusammen mit der Chiralität. Die Strukturen sind zudem sehr klein. Ihr Durchmesser beträgt typischerweise nur einige zehn Nanometer. Daten lassen sich mit ihnen daher sehr dicht auf einem Speicherchip zusammenpacken.
„Die Beobachtung von derart winzigen magnetischen Texturen ist nur mit speziellen Techniken möglich, die nur in wenigen Labors weltweit verfügbar sind", erklärt Rafal Dunin-
„Magnetische Schwimmer“ und Skyrmionen sind, abgesehen von ihrer Größe, noch aus einem anderen Grund für Anwendungen interessant. Sie sind beweglich. Das unterscheidet sie von Daten-
„Mit beweglichen Skyrmionen können Daten von Schreib- zu Leseelementen wandern, ohne dass dafür bewegliche Teile wie Lese- und Schreibköpfe oder eine rotierende Hard Disk nötig wären“, erklärt Nikolai Kiselev. Das spart Energie. Denn bewegliche Komponenten benötigen in der Regel mehr Strom und Platz und sind auch anfälliger gegenüber mechanischen Stößen und Vibrationen.
Die neu entdeckten magnetischen Strukturen ermöglichen es nun, digitale Daten direkt mit zwei verschiedenen Arten von magnetischen Objekten, nämlich mit Skyrmionen und „magnetischen Schwimmern“, zu codieren. „Bisher ging man davon aus, dass die Daten irgendwie als Folge von Skyrmionen und Leerstellen dargestellt werden“, erläutert Stefan Blügel. Um neben der „1“ auch die „0“ repräsentieren zu können, wird neben den schon länger bekannten Skyrmionen ein weiterer Informationsträger benötigt. Das kann etwa der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Skyrmionen sein. Damit durch spontane Driftbewegungen der Skyrmionen keine Information verloren geht, müsste deren Position auf irgendeine Art eingegrenzt oder quantisiert werden. Bei der direkten Codierung mit zwei verschiedenen Objekten können sich diese dagegen relativ frei bewegen, ohne präzise Abstände einzuhalten zu müssen.
Für den Weg in die Praxis ist noch weitere Forschung nötig. Nikolai Kiselev und seine Kollegen haben die neuartigen Strukturen in einer Eisen-
FZJ / DE