Magnetisches Bit aus drei Atomen
Daten speichern mit nur drei Eisenatomen auf einer Platinoberfläche.
Ein Team von Physikern der Universität Hamburg in Kooperation mit dem FZ Jülich und der Radboud Universität in Nijmegen hat ein ferromagnetisches Teilchen konstruiert, das aus nur drei Eisenatomen auf einer Platinoberfläche besteht und als Bit für die magnetische Speicherung von Informationen dienen kann. Durch besondere elektronische Wechselwirkungen des Bits mit der leitfähigen Substratoberfläche kann die in dem Bit gespeicherte Information in einer ungewöhnlichen, nicht-kollinearen Weise verarbeitet werden, was völlig neue Möglichkeiten für zukünftige Speicherelemente der Informationstechnologie eröffnen könnte.
Abb.: Darstellung des konstruierten magnetischen Bits aus nur drei Eisenatomen auf einer Platinoberfläche. Die Pfeile zeigen die eigentümliche Magnetisierungsstruktur innerhalb des Bits an. (Bild: U. Hamburg / SFB 668)
Eine kontinuierliche Herausforderung in der Speichertechnologie ist die anhaltende Nachfrage nach immer kleineren Bits. In magnetischen Datenträgern wird die digitale Information durch die Ausrichtung von winzigen Magneten gespeichert. Die Notwendigkeit, mehr und mehr Informationen in einem immer kleineren Bereich zu speichern, führt daher auf die Frage, wie klein man einen Magneten herstellen kann, der seine Magnetisierung für eine längere Zeitdauer beibehält, so dass die gespeicherte Information nicht verloren geht.
In letzter Zeit konnte man sich durch umfangreiche Forschungen an die ultimative Grenze, der Speicherung von Informationen in einzelne Atome, immer weiter annähern. Eine besondere Herausforderung bezüglich der Anwendung derartig kleiner Strukturen ist dabei die Destabilisierung ihrer Magnetisierung durch die Wechselwirkung mit den Elektronen der Substratoberfläche, auf der sie aufgebracht sind. Der bislang vorherrschende Ansatz zur Stabilisierung der Magnetisierung bestand darin, das magnetische Bit von den Substrat-Elektronen durch die Verwendung von isolierenden Zwischenschichten zu entkoppeln. Diese Herangehensweise bringt jedoch das Problem mit sich, dass die Verarbeitung der in dem Bit gespeicherten Information über genau diese Substrat-Elektronen erfolgt. Daher ist ein Bit aus wenigen Atomen auf einer leitfähigen Substratoberfläche wünschenswert.
Die Physiker haben nun experimentell so ein magnetisches Bit aus nur drei Eisenatomen auf einer leitfähigen Platinoberfläche unter Verwendung der magnetischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops konstruiert. Sie konnten mithilfe des speziell entwickelten magnetisch-sensitiven Rastertunnelmikroskops Informationen in ein Speicherregister bestehend aus zwei dieser Bits schreiben und die gespeicherte Information stundenlang stabil halten. Durch die Verwendung von leitfähigem Platin als Substratoberfläche konnten die Forscher eine faszinierende magnetische Struktur innerhalb des Bits und des Substrats erzeugen.
Die Magnetisierung der einzelnen Bestandteile des Bits ist nicht parallel ausgerichtet, wie bei herkömmlichen magnetischen Speicherelementen, sondern in einer viel komplexeren, nicht-kollinearen Form. Diese Nicht-Kollinearität ermöglicht die Übertragung von gespeicherten Information an benachbarte Speicherkomponenten unter Verwendung einer großen Vielfalt von Einstellungen der Magnetisierungsrichtungen, was der Informationsverarbeitung mehr Flexibilität verleiht und völlig neue Möglichkeiten der magnetischen Datenverarbeitung und -speicherung eröffnet.
U. Hamburg / SFB 668 / JOL
