Kompositmaterial für Speicherzellen

Physiker der Universität Leipzig haben neuartige, multi­ferroische Verbund­materialien entwickelt, die künftig in Daten-Speicher­zellen Verwendung finden könnten. Weltweit suchen Forscher zurzeit intensiv nach derartigen Materialien, die eine Steuerung der magnetischen Wirkung mit einem elektrischen Signal oder auch umgekehrt erlauben. Damit könnte man bisher unbekannte und zukunfts­weisende elektronische Bauelemente wie „magneto-elektrische" Sensoren oder Datenspeicher herstellen.

Die Experimentalphysiker Michael Lorenz und Marius Grundmann vom Institut für Experimentelle Physik II nutzen dazu ein neuartiges Konzept, bei dem extrem dünne, nur wenige Atomlagen dicke Schichten aus einem multi­ferroischen und einem ferro­elektrischen Stoff abwechselnd übereinander gestapelt werden. Beide Materialien sind Oxide, und die periodische Schicht­stapel­struktur heißt Übergitter. Hergestellt werden diese Schichtstapel mit der Methode der „gepulsten Laser-Plasma­abscheidung", bei der die beiden Oxid­materialien abwechselnd mit einem hoch­leistungs­fähigen Laser im Vakuum genau dosiert verdampft werden und sich dann kontrolliert Atomlage für Atomlage auf der Probe niederschlagen.

Wie sich bei der Untersuchung der Leipziger Proben zeigte, ist die erwünschte „magneto-elektrische" Kopplung zwischen Magnetismus und Elektrizität in diesen Übergittern besonders hoch, wenn die Anordnung der Atome an den Übergängen zwischen beiden Oxid­materialien besonders gleichmäßig und geordnet ist. „Die Übergitter zeigen deutlich bessere Eigenschaften als jegliche unstrukturierte Volumen­materialien, über die bisher berichtet wurde. Die magneto-elektrische Kopplung unserer oxidischen Verbundfilme liegt im internationalen Spitzenfeld", sagt Lorenz.

Grundmann erläutert: „Unsere Übergitter bestätigen die konzeptionelle Idee des Sonder­forschungs­bereiches 762, in dem diese Arbeit gefördert wird, nämlich dass Oxid-Materialien mit Grenzflächen neue und verbesserte Eigenschaften haben. Unsere Arbeiten machen magnetische Materialien mit der Mikro­elektronik kompatibel." Die beiden Physiker kooperieren dabei mit der Katholischen Universität in Löwen (Leuven) in Belgien. Die Leipziger Schicht­stapel werden dort bezüglich des magneto-elektrischen Anwendungs­effektes im Detail charakterisiert. In den kommenden Monaten wollen Lorenz und Grundmann den physikalischen Kopplungs­effekt zwischen magnetischen und elektrischen Feldern noch weiter erforschen, sodass bald erste „magneto-elektrische" Speicher­demonstratoren zu erwarten sind.

U. Leipzig / DE