Datenspeicher aus dünnen Schichten

Am Helmholtz-Zentrum Berlin haben Jaime Sánchez-Barriga und seine Kollegen Dünnschichten aus Dysprosium-Kobalt über einer nanostrukturierten Membran an BESSY II untersucht. Sie zeigten, dass eine Erwärmung auf nur 80 Grad Celsius ausreicht, um die Magnetisierung von winzigen Nano-Regionen neu auszurichten. Dies ist weit weniger als bislang für die wärmeunterstützte magnetische Datenspeicherung nötig war.

Ziel dieser Forschung sind schnelle und energie­effiziente Datenspeicher, die mehr Infor­mationen auf kleinster Fläche speichern. Deshalb sucht die Industrie nach Material­systemen, in denen sich nanometergroße Bereiche noch stabil magnetisieren lassen. Um solche winzigen Regionen mit neuen Informationen zu überschreiben, müssen sie mit einem Laser lokal über die Curie-Temperatur erhitzt werden, die typischer­weise bei mehreren hundert Grad Celsius liegt. Nach dem Abkühlen lässt sich die Region durch ein kleines externes Feld wieder neu ausrichten. Das Verfahren ist als wärme­unterstützte magnetische Aufzeichnung (Heat Assisted Magnetic Recording HAMR) bekannt. In der Industrie­forschung arbeitet man bereits an Verbindungen aus Eisen und Platin für HAMR-Daten­speicher.

Nun hat jedoch ein HZB-Team ein neues Material­system aus Dysprosium und Kobalt untersucht, das gleich mehrere Vorteile verspricht: deutlich niedrigere Schreib­temperatur, höhere Stabilität der magne­tischen Bits und bessere Kontrolle der Spin-Ausrichtung in den einzelnen magnetischen Bits. Sie sputterten dafür einen extrem dünnen Film aus DyCo₅ über einer nano­strukturier­ten Membran auf. Die Membran wurde von Kooperations­partnern vom Institut für Material­wissenschaften, Madrid, hergestellt. Sie besitzt Poren mit Durch­messern von 68 Nanometern, die in einem Wabenmuster im Abstand von 105 Nanometern angeordnet sind. Die Nanoporen wirken als Haft­stellen für die magne­tischen Domänen und stabi­lisieren sie. Die magnetischen Momente sind senkrecht zur Ebene ausgerichtet und stabil gegenüber äußeren Magnetfeldern, lassen sich also nicht einfach überschreiben.

Jaime Sánchez-Barriga und sein Team zeigten nun, dass in diesem System eine Erwärmung auf nur 80 Grad Celsius ausreicht, um die lokalen magne­tischen Momente um 90 Grad zu kippen, so dass sie parallel zur Ebene ausgerichtet sind. Mit Messungen am PEEM und am XMCD-Messplatz konnte die Gruppe die lokale Ausrichtung der magne­tischen Signale vor, während und nach der Erwärmung präzise kartieren. Nach dem Abkühlen lassen sich die magne­tischen Domänen mit einem magne­tischen Schreibkopf neu überschreiben. „Dieser Prozess ist in DyCo₅ sehr energieeffizient und schnell“, stellt Ko-Autor Florin Radu fest. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es alternative HAMR-Kandidaten gibt, die für die Daten­speicherung deutlich weniger Energie benötigen und außerdem weitere Vorteile besitzen“, sagt Sánchez-Barriga.

HZB / JOL