Neuer Schaltprozess in spintronischen Bauelementen

Magnetische Datenspeicher basieren stets auf Bauelementen mit zwei stabilen magne­tischen Zuständen, zwischen denen sich hin- und her­schalten lässt. Gute Kandi­daten für solche Bauele­mente sind ring­förmige Struk­turen aus einem permanent­magne­tischen Material mit winzigen Durch­messern von tausend­stel Milli­metern. Diese Nano­ringe können im oder gegen den Uhr­zeiger­sinn magne­ti­siert sein. Aller­dings gelingt das Umschalten zwischen den beiden Zuständen bisher nur, wenn ein komplexes zirkular magne­tisches Feld anliegt.

Wie es leichter gehen könnte, zeigen jetzt Mohamad-Assaad Mawass vom Helmholtz-Zentrum Berlin für Mate­ria­lien und Energie und seine Kollegen: Wird das Loch im Ring nicht mittig, sondern leicht asymme­trisch ange­ordnet, so dass der Ring an einer Seite dünner ist als an der anderen, dann wird das Um­schalten ganz einfach. Ein magne­tisches Feld, das nur wenige Milli­ard­stel Sekunden lang stabil sein muss, genügt, um die Magne­ti­sierung vom Uhr­zeiger­sinn in den Gegen­uhr­zeiger­sinn zu drehen.

An der Maxymus-Beamline von BESSY II konnte das Team mit Hilfe von zeit­auf­ge­löster Röntgen-Mikro­skopie beob­achten, wie sich die Magne­ti­sierung ent­wickelt, nach­dem der kurze Magnet­feld­puls ange­legt wurde. So bilden sich durch den magne­tischen Puls zunächst zwei Domänen­wände im Ring aus. Sobald das äußere magne­tische Feld abge­schaltet wird, bewegen sich die Domänen­wände sehr schnell aufein­ander zu und ver­nichten sich. Dadurch dreht sich die Magne­ti­sierung vom Uhr­zeiger­sinn in die Gegen­richtung um.

„Unsere Messungen zeigen, dass sich die Domänenwände im Durch­schnitt sechzig Meter pro Sekunde bewegen. Das ist sehr schnell für spin­tro­nische Anwen­dungen”, sagt Mawass. „Wir sind davon über­zeugt, dass wir einen robusten, zuver­lässigen Umschalt­prozess gefunden haben, der sich für Anwen­dungen in der Spin­tronik, zum Beispiel für die energie­effi­ziente Daten­spei­cherung eignet.”

HZB / RK