Magnetische Bits elektrisch schreiben
Speicherung von Daten in nanometergroßen Strukturen demonstriert.
Speicherung von Daten in nanometergroßen Strukturen demonstriert.
Wissenschaftlern vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), dem Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik und der Universität Halle ist es gelungen, Informationen auf Nanometerskala in magnetischer Form durch ein elektrisches Feld zu schreiben und zu lesen. Damit wären 400-fach höhere Datendichten im Vergleich zu heute üblichen 600 GBit pro Quadratzoll möglich.
Gegenwärtig dominieren in der Datenspeicherung Festplatten, bei denen Information mithilfe eines Magnetfelds geschrieben und ausgelesen werden. Die Informationseinheit auf der Festplatte, ein Bit, soll immer kleinere Abmessungen einnehmen, um die Kapazität der Festplatte zu steigern. Für die weitere Steigerung der Kapazität und der Schreibgeschwindigkeit stößt das magnetische Verfahren jedoch auf fundamentale Grenzen. Als Ausweg aus diesem Dilemma wird intensiv nach alternativen Schreibmethoden gesucht.
Eine Alternative bietet die magneto-elektrische Kopplung: Hier wird magnetische Information durch Anlegen eines elektrischen Feldes geschrieben. Dieses Phänomen tritt bisher vor allem in komplexen Isolatoren auf. In dreidimensional ausgedehnten Metallen tritt dieser Effekt nicht auf, da eine induzierte Oberflächenladung ein elektrisches Feld an der Metalloberfläche abschirmt. Im Gegensatz dazu bewegen sich an der Oberfläche (typischerweise eine Atomlage) sowohl die negativ geladenen Elektronen als auch die positiv geladenen Atomrümpfe leicht durch das elektrische Feld und tragen zur Bildung der Oberflächenladung bei. Je nach Richtung des elektrischen Feldes verkleinert oder vergrößert sich dabei der Abstand zwischen den Atomen der beiden obersten Atomlagen um wenige milliardstel Millimeter. Diese Verschiebung reicht bereits aus, um die magnetische Ordnung in Eisen zu beeinflussen.
In der aktuellen Arbeit verwendeten die Forscher des Physikalischen Instituts am KIT und ihre Kollegen in Halle ein Modellsystem von zwei Atomlagen Eisen auf einem Kupfersubstrat. Rechnungen an Großrechnern in Jülich und Garchig implizieren, dass in diesem System Information über die magneto-elektrische Kopplung geschrieben werden kann.
Abb.: Eiseninsel vor und nach dem Schalten durch ein elektrisches Feld. Links (vor dem Puls): Der antiferromagnetische Bereich (dunkel) dominiert. Rechts: Nach dem Feldpuls ist der ferromagnetische Bereich (gelb) stärker vertreten. (Bild: Physikalisches Institut am KIT)
Für die experimentelle Realisation kam ein Rastertunnelmikroskop zum Einsatz, das sowohl die Abbildung metallischer Oberflächen erlaubt, als auch das nötige elektrische Feld von eine Milliarde Volt pro Meter liefern kann. In Übereinstimmung mit den Vorhersagen wurden magnetische Bits in Größe von nur 1 nm x 2 nm mit Hilfe des lokalen elektrischen Feldes unter der feinen Spitze des Rastertunnelmikroskos geschrieben.
KIT / KK
