Wirbel der Magnete 07.05.2013, 14:22 Uhr

Antennen der Zukunft schicken gigantische Datenmengen auf den Weg

Forscher in Sachsen und in der Schweiz haben ein faszinierendes physikalisches Phänomen entdeckt, das die Informationstechnik revolutionieren könnte. Danach können Wirbelzustände als mögliche Antennen für die ultraschnelle, drahtlose Datenübertragung der Zukunft dienen.

Zwischen zwei magnetischen Schichten bilden sich um eine nichtmagnetische Zwischenschicht herum statische dreidimensionale Magnetwirbel. Sie stabilisieren die Magnetisierungsrichtung im Wirbelkern in der Mitte – eine Voraussetzung für stabile Wirbelantennen für die drahtlose Datenübertragung.

Zwischen zwei magnetischen Schichten bilden sich um eine nichtmagnetische Zwischenschicht herum statische dreidimensionale Magnetwirbel. Sie stabilisieren die Magnetisierungsrichtung im Wirbelkern in der Mitte – eine Voraussetzung für stabile Wirbelantennen für die drahtlose Datenübertragung.

Foto: HZDR/Sander Münster 3DKosmos

Der Datenaustausch zwischen verschiedenen Zonen eines Mikroprozessors oder zwischen zwei benachbarten Chips auf einer Platine wird in Zukunft möglicherweise Turbogeschwindigkeit erreichen. Und das sogar drahtlos. Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und am Paul Scherrer Institut im Schweizer Städtchen Villigen haben entdeckt, dass Magnetwirbel als Sende- und Empfangsantennen geeignet sind. Sie erzeugen eine elektromagnetische Welle, auf der die Informationen gewissermaßen huckepack zum Empfänger transportiert werden. Allerdings überbrücken sie nur sehr kurze Entfernungen.

Magnetwirbel entstehen normalerweise nur in Magnetscheiben mit Dimensionen im Nanometerbereich (ein Nanometer = ein Millionstel Millimeter). Dieses  physikalische Phänomen hat allerdings nur akademische Bedeutung. Anders sieht es bei der Anordnung aus, die die Wissenschaftler aus Sachsen und der Schweiz wählten.

Magnetwirbel eignen sich zur turboschnellen Datenübertragung

Sie experimentierten mit zwei winzigen Magnetscheiben, die sie durch eine hauchdünne Schicht aus nicht magnetisierbarem Metall voneinander trennten. Die Scheiben sind gerade mal zehn Nanometer dick und haben einen Durchmesser von 500 Nanometer. Jetzt stellten sie mit Hilfe der Synchrotron Lichtquelle Schweiz, die elektromagnetische Wellen zur Beobachtung von winzigen Strukturen erzeugt, dreidimensionale Wirbel in den Außenbereichen der Scheiben fest. Das Ungewöhnliche dabei: Der Aufbau führt dazu, dass sich alle Magnete zu gleichgerichteten, dreidimensionalen Wirbeln anordnen.

In der Mitte ist es dagegen so eng, sodass sich innerhalb der Scheibe keine Wirbel mehr bilden können. Ihnen bleibt nur ein Ausweg: Sich senkrecht zur Scheibe auszurichten. „Dabei entstehen elektromagnetische Wellen, die von einem ähnlichen Bauteil in unmittelbarer Nähe aufgefangen werden können“, sagt Professor Jürgen Faßbender, Direktor des Instituts für Ionenstrahlphysik und Materialforschung in Rossendorf.

Während die Antennenwirkung einzelner Magnetscheiben beim Erreichen einer bestimmten Grenzfrequenz erlischt, sind die Sandwichanordnungen stabil. Selbst bei hohen Drehgeschwindigkeiten bleibt die magnetische Richtung im Wirbelkern so erhalten. „Magnetische Schichtsysteme, wie die von uns hergestellten, eignen sich deshalb vermutlich für Wirbelantennen besser als vergleichbare Einzelschichten“, sagt Sebastian Wintz, der maßgeblich an der Entwicklung beteiligt ist. „Es ist denkbar, Frequenzen von mehr als einem Gigahertz, also eine Milliarde Umdrehungen pro Sekunde, zu erreichen. Es ist denkbar, Frequenzen von mehr als einem Gigahertz, also eine Milliarde Umdrehungen pro Sekunde, zu erreichen. In diesem Bereich arbeiten zum Beispiel WLAN-Netze“, so Wintz weiter.

Magnetwirbel auch als neuartige Datenspeicher denkbar

Magnetwirbel eignen sich möglicherweise auch als Datenspeicher, die weitaus mehr Informationen pro Fläche vorhalten können als heutige Systeme. Außerdem benötigen sie kaum Strom. Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts für Strahlen- und Kernphysik in Bonn und der dortigen Universität nutzen die Möglichkeit, die Drehrichtung der Wirbel durch elektrische Felder zu verändern. Rechts herum könnte die Binärzahl „0“ bedeuten, links herum „1“.

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