Magnetische Minischeiben

Abgeschrägte Kanten ermöglichen kleinste Magnetwirbel.

Materialforscher vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf haben neuartige Strukturen entwickelt, die für die Datenverarbeitung interessant sein können. In einem Laborexperiment realisierten sie kleine magnetische Scheiben mit abgeschrägten Kanten, wodurch Magnetwirbel mit dem Durchmesser von etwa 300 Nanometern entstehen.

In den Scheiben ordnen sich winzige Magnete in Wirbeln an. Im äußeren Bereich des Wirbels liegen die Magnetteilchen zweier benachbarter Kreise parallel zueinander, während in der Mitte der Scheibe der Platz für dieses parallele Liegen nicht reicht. Da jede andere Anordnung aber viel Energie kosten würde, drehen sich die Magnetteilchen in der Mitte aus der Ebene der Scheibe heraus und können so wieder energiesparend nebeneinander liegen.

Abb.: links: Schematische Darstellung eines Magnetwirbels in einer zylindrischen Scheibe. Die rote Färbung symbolisiert die z-Komponente der Magnetisierung. rechts: TEM Querschnittaufnahme einer abgeschrägten magnetischen Scheibe. (Bild: N. Martin et al., Advanced Functional Materials)

Das funktioniert im Allgemeinen aber nur, wenn die einzelnen Magnetwirbel ein gutes Stück Abstand voneinander halten oder relativ groß sind, damit sich nicht gegenseitig beeinflussen. Dieses Problem lösten die Forscher, indem sie die äußeren Kanten der kleinen Magnetscheiben nicht senkrecht zur Ebene der Scheibe, sondern schräg verlaufen ließen. Dadurch werden am Rand die Magnetteilchen in Richtung der Schräge abgelenkt, wodurch die Bildung von Magnetwirbeln auf engstem Raum aus energetischen Gründen vereinfacht wird.

Die magnetischen Wirbel der Mini-Scheiben können im oder gegen den Uhrzeigersinn gerichtet sein. Diese beiden unterschiedlichen Zustände können in der Datenverarbeitung genutzt werden. Im Unterschied zu herkömmlichen Arbeitsspeichern aber lassen sich die Magnetwirbel mit dem Spin von Elektronen und einem viel geringeren Stromverbrauch umschalten.

HZDR / MH