Im Laborexperiment erzeugte schräge Außenkanten an winzigen Magnetscheiben könnten zu einem Durchbruch in der Datenverarbeitung führen, berichtet jetzt die Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“.
„Dadurch entstehen Strukturen, die man anders bisher gar nicht erhalten konnte“, erklärt der Materialforscher Jeffrey McCord vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. So bilden sich Magnetwirbel mit dem Durchmesser von einem Drittel eines Tausendstel Millimeters. Diese könnten helfen, große Datenmengen auf immer kleineren Flächen zu speichern und mit möglichst wenig Energie zu bearbeiten.
Magnete führen im oder gegen den Uhrzeigersinn um die Scheibe
In den Mini-Scheiben der Forscher ordnen sich winzige Magnete in Wirbeln an. Dabei können die einzelnen Magnete im oder gegen den Uhrzeigersinn um die Scheibe führen. Diese beiden unterschiedlichen Zustände können von der Datenverarbeitung genauso wie in herkömmlichen Computern die Schaltungen „elektrischer Strom an“ oder „aus“ genutzt werden. Im Unterschied zu herkömmlichen Arbeitsspeichern aber lassen sich die Magnetwirbel mit einer Spin genannten Eigenschaft der Elektronen und einem viel geringeren Stromverbrauch umschalten.
Im äußeren Bereich des Wirbels liegen die Magnetteilchen zweier benachbarter Kreise parallel zueinander, während in der Mitte der Scheibe der Platz für dieses parallele Liegen nicht reicht. Da jede andere Anordnung aber viel Energie kosten würde, drehen sich die Magnetteilchen in der Mitte aus der Ebene der Scheibe heraus und können so wieder energiesparend nebeneinander liegen.
Magnetwirbel brauchen Abstand
Das Ganze funktioniert den Forschern zufolge nur gut, wenn die einzelnen Magnetwirbel ein gutes Stück Abstand voneinander halten oder relativ groß sind. Computerhersteller und die Benutzer aber wollen möglichst kleine Datenverarbeitungseinheiten, bei denen konsequenterweise auch die Magnetwirbel klein sind und eng nebeneinander liegen. Dann aber beeinflussen sich die Magnetkreise gegenseitig, weil sich die Mini- Scheiben gegenseitig magnetisch anziehen. Für einen Arbeitsspeicher wären das kaum gute Voraussetzungen.
Magnetwirbel entstehen bei schrägen Kanten einfacher
Jeffrey McCord und der Doktorand Norbert Martin lassen daher die äußeren Kanten der kleinen Magnetscheiben nicht senkrecht zur Ebene der Scheibe, sondern schräg verlaufen. Dadurch werden am Rand die winzigen Magnetteilchen ein wenig in Richtung der Schräge abgelenkt. Diese Orientierung wiederum lässt das senkrecht auf der Ebene der Scheibe entstehende Magnetfeld bevorzugt in die Richtung der Schräge entstehen. Das aber kostet viel weniger Energie als die zufällige Orientierung dieses Magnetfeldes bei senkrechten Außenkanten der Scheibe. Deshalb entstehen die Magnetwirbel bei schrägen Kanten einfacher.
Winzige Glaskügelchen auf dünner Magnetschicht
Um diese herzustellen, gibt Martin winzige Glaskügelchen mit einem Durchmesser von 0,30 Tausendstel Millimeter – 300 Nanometer – auf eine dünne Magnetschicht. Unter bestimmten Bedingungen liegen diese Glaskugeln alle nebeneinander und bilden winzige Sechsecke mit kleinen Lücken dazwischen.
Feuern die Wissenschaftler mit Argon-Ionen auf diese Schicht, schlagen diese atomaren und elektrisch geladenen Geschosse durch die Lücken zwischen den Glaskugeln aus der darunter liegenden Magnetschicht Partikel heraus. Die Anordnung der Glaskugeln wirkt so als Schablone: Unter jeder einzelnen Glaskugel bleibt eine magnetische Scheibe stehen, während unter den Lücken die Magnetschicht verschwindet. Im Laufe des Beschusses aber splittern die Argon-Ionen auch Teile von den Glaskugeln ab, die so immer kleiner werden und am Ende der Prozedur statt 300 nur noch 260 Nanometer Durchmesser haben.
Argon-Ionen erreichen weiter innen liegende Bereiche
Dadurch erreichen die Argon-Ionen nach Angaben der Wissenschaftler unter den Glaskugeln auch etwas weiter innen liegende Bereiche der darunter gerade entstehenden Magnetscheiben. Weil dort der Beschuss kürzer dauert, splittert innen auch weniger Material ab. Wie von selbst entsteht so die gewünschte schräge Kante. (Advanced Functional Materials, 2011; doi:10.1002/adfm.201002140)
(Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, 11.03.2011 – DLO)
