Stromsparende Nano-Magnetspeicher
Lokale elektrische Felder können einzelne Speicherzellen bei sehr geringem Stromverbrauch schalten.
Viele digitale Geräte, die wir aus unserem Alltag kennen, speichern Informationen auf Festplatten oder MRAMs in magnetischen Zellen. Üblicherweise nutzt man magnetische Felder oder große Ströme, um Daten auf die Speicherzellen zu schreiben. Dies hat den Nachteil, dass die Speicherzellen sowie der Stromverbrauch solcher Medien relativ groß sind.
Abb.: Schematischer Aufbau des Experiments (a), spinpolarisierte Rastertunnelaufnahme (b) und Signal, wenn die Spitze sich über dem hellen Bereich befindet (c, Bild: A. Sonntag et al. / APS)
Wie eine Forschergruppe an der Universität Hamburg um Roland Wiesendanger nun zeigen konnte, lassen sich einzelne magnetische Speicherzellen durch das Anlegen eines lokalen elektrischen Feldes gezielt verändern. Je nach Wunsch erleichtert dies entweder das Schreiben oder das Lesen von Informationen. Hierzu nutzten die Physiker ein selbstentwickeltes Rastertunnelmikroskop, das mit einer feinen Messspitze einzelne Speicherzellen magnetisch untersuchen kann. Die verwendeten Zellen bestanden dabei lediglich aus zirka 100 Eisenatomen. Eine zwischen Messspitze und Zelle angelegte Spannung erzeugte dabei ein lokales elektrisches Feld.
Wie die Experimente zeigten, lässt sich die Magnetisierung der Zelle je nach Orientierung des elektrischen Feldes leichter bzw. schwerer schalten. In zukünftigen Datenspeichern könnte daher ein kurzzeitig angelegtes elektrisches Feld eine entscheidende Rolle spielen: Beim Schreiben von Daten erleichtert das Feld die Magnetisierungsumkehr. Nach dem Schreibvorgang wird das Feld wieder ausgeschaltet und somit die Speicherzelle gegen eine ungewollte Magnetisierungsumkehr stabilisiert.
„Da zum Anlegen des elektrischen Feldes nur ein extrem kleiner Strom benötigt wird, kann der Energieverbrauch eines solchen Speichers minimiert werden. Insbesondere im mobilen Einsatz, etwa in Smartphones oder Laptops, liegt daher ein großes Potential der neuen Technik“, sagt Andreas Sonntag, der an der Studie beteiligt war.
U. Hamburg / DE
