Spintronik: Schnellere Datenverarbeitung durch ultrakurze elektrische Pulse

Forscher der Universität Halle-Wittenberg und der Universität Lanzhou in China haben ein einfaches Konzept entwickelt, mit dem sich magnetische Daten­speicher entscheidend verbessern lassen könnten. Mithilfe ultra­kurzer elektrischer Pulse im Terahertz-Bereich können Daten sehr schnell geschrieben, gelesen und gelöscht werden. Das würde die Daten­ver­arbeitung schneller, kompakter und energie­sparender machen, wie die Forscher anhand komplexer Simula­tionen heraus­fanden.

Magnetische Datenträger werden vor allem dort eingesetzt, wo große Daten­mengen verarbeitet werden und lang­fristig sicher gespeichert werden sollen. Einmal gespeichert, sind die Informa­tionen auch nach vielen Jahren noch abrufbar. Elektrische Daten­träger, wie sie unter anderem in Handys einge­setzt werden, sind ohne Energie­zufuhr viel kurz­lebiger. Magnetische Fest­platten und Bau­elemente haben jedoch auch Nach­teile: Sie nutzen beweg­liche mechanische Teile und Magnet­felder. Das macht die Technik energie­intensiv, das Schreiben und Lesen mit Magnet­feldern ist zudem relativ langsam.

„Wir haben nach einer schnellen und sparsamen Alternativ­methode gesucht“, sagt Jamal Berakdar von der Uni Halle-Witten­berg. Zusammen mit den Kollegen aus China hat er eine simple Idee ausge­arbeitet: Mithilfe von ultrakurzen Pulsen im Terahertz-Bereich könnten Informationen in magnetischen Nanowirbeln geschrieben und innerhalb von Piko­sekunden geschaltet werden. Das bedeutet, theoretisch wären Milliarden von Schreib- und Lese­vorgänge pro Sekunde möglich. Außerdem würden keine Magnet­felder mehr benötigt.

„Wenn man die Pulse richtig wählt, kann man die Daten energie­effizient und sehr schnell bearbeiten“, so Berakdar. Das Verfahren beruhe auf bereits existie­renden Terahertz- und Magnetismus-Techno­logien. „Damit könnten die Vorteile elektrischer Pulse und magnetischer Daten­träger vereint werden.“

Die Methode wurde bisher in Computer­simula­tionen erprobt. „In den vergangenen Jahren hat es fantastische Fort­schritte gegeben, elektrische Pulse zu erzeugen und zu kontrol­lieren“, so Berakdar. Deshalb liege es nahe, neue Einsatz­möglich­keiten dieser Pulse für die Daten­speicherung zu erkunden. Das vorge­stellte Konzept biete ein einfaches Werk­zeug, magnetische Nanowirbel zu kontrol­lieren und sei daher von direkter Relevanz für die Entwicklung neuer Speicher­techno­logien.

MLU / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  D. Yu et al.: Nondestructive ultrafast steering of a magnetic vortex by terahertz pulses, NPG Asia Mat. 12, 36 (2020); DOI:   10.1038/s41427-020-0217-8
• Nonequilibrium Many-Body Systems (J. Beraktar), Institut für Physik, Theoretische Physik, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg