Die Entstehung magnetischer Quantum Dots wird in Stufenflussmodellen simuliert Nano-Festplatten in Reichweite? - scinexx | Das Wissensmagazin
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Die Entstehung magnetischer Quantum Dots wird in Stufenflussmodellen simuliert

Nano-Festplatten in Reichweite?

"Ergebnis einer Phasenfeld-Simulation von Wachstumsspiralen und -bergen in epitaktischem Wachstum" © TU Dresden

Ein bisschen nach Zukunftsmusik klingt das schon: Hunderte von Terabytes auf der Fläche einer momentan handelsüblichen Festplatte speichern? Doch Wissenschaftler des EU-Projekts „Mag-Dot“ sind dieser Technologie auf der Spur. Sie führen mathematische Simulationen durch, wie sich Daten tausendfach effektiver auf nanostrukturierten Medien speichern lassen.

Der Trick liegt in der Struktur: Statt mit dem heute üblichen Lithografieverfahren werden die Speicherschichten aus einer Eisen-Platin-Verbindung im sogenannten MBE-Dünnschichtverfahren (aus dem engl. „molecular beam epitaxy“) auf den Wafer aufgedampft. Durch einen noch nicht vollständig verstandenen Prozess der Selbstorganisation, bilden sich so genannte „quantum dots“ – winzige Atominseln, die durch magnetische Ausrichtung jeweils ein Bit an Information speichern können.

Quantenpunktstrukturen rätselhaft

Am Institut für Wissenschaftliches Rechnen der TU Dresden werden die Vorgänge bei der Entstehung solcher Inseln im Rahmen des EU-Projekts „MagDot“ mathematisch simuliert. Die Forscher wollen herausfinden, was die treibenden Faktoren sind, die die Anordnung der quantum dots beeinflussen, denn bisher ist es noch nicht gelungen, regelmäßige Quantenpunktstrukturen herzustellen. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Selbstorganisation wahrscheinlich durch eine mechanische Spannung der nur wenige Atome dicken Schicht auf dem Trägermaterial auftritt.

Die Simulation durch diskrete Modelle, erklärt Institutsdirektor Prof. Axel Voigt, reicht für die komplexe Betrachtung der Selbstorganisation nicht aus. Schließlich will man verstehen, wie sich die einzelnen Atome verhalten, aber auch, wie sie auf der vergleichsweise großen Substratfläche interagieren und sich zu Inseln anordnen – ein Multiskalenproblem. Die Dresdner Wissenschaftler rücken ihm mit Stufenflussmodellen zu Leibe; mit diskret kontinuierlichen Rechenmodellen, die skalenübergreifend miteinander kombiniert werden. Die enorme Rechenleistung, die für solche Simulationen nötig ist, stellt das universitätseigene Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen zur Verfügung.

Die simulierten Daten werden mithilfe von Rastertunnel- und Transmissions-Elektronenmikroskopen experimentell überprüft. Indem die Forscher die Temperatur bei der Herstellung der Quantenpunkte variieren, die Wafer mechanisch vorspannen oder das Substrat gewissermaßen „vormustern“, wollen sie verstehen, was die Ausbildung von quantum dots beeinflusst und so letztendlich eine regelmäßige gitterförmige Anordnung erreichen.

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(idw – Technische Universität Dresden, 28.06.2007 – AHE)

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