Verkleinerung von Speichermedien 12.08.2013, 11:22 Uhr

Magnetische Knoten: Skyrmionen schlucken mehr Bits

Winzige magnetische Knoten, die geknüpft und wieder aufgelöst werden, können herkömmliche Datenspeicher ersetzen. Hamburger Forscher haben den Grundstein dafür gelegt. 

Ein magnetisches Skyrmion in einer hexagonalen Anordnung von Atomen: Die Kegel repräsentieren die magnetischen Spins.Sie zeigen im Zentrum des Skyrmions nach oben, außerhalb davon nach unten.

Ein magnetisches Skyrmion in einer hexagonalen Anordnung von Atomen: Die Kegel repräsentieren die magnetischen Spins.Sie zeigen im Zentrum des Skyrmions nach oben, außerhalb davon nach unten.

Foto: Arbeitsgruppe Wiesendanger/Universität Hamburg

Die winzigen Magnete auf der Oberfläche eines Datenspeichers weisen in jungfräulichem Zustand alle in eine Richtung. Wird er beschrieben drehen sich einzelne Magnete um 180 Grad – sie symbolisieren die binäre „1“. Im Zuge der Miniaturisierung schrumpfen die Magnete. Schon heute ist abzusehen, dass sie nicht mehr zuverlässig ansteuerbar sind, wenn sie noch kleiner werden. Dann drohen Datenverluste.

Forscher in  aller Welt suchen deshalb nach neuen Medien, die stabiler sind als einzelne Magnete. Skyrmionen gelten seit einiger Zeit als aussichtsreiche Kandidaten. Skyrmionen sind winzige Magnete, die durch Einfluss von außen gewissermaßen verwirbelt werden. Sie bilden eine Art Knoten. „Wir haben die Idee vom sprichwörtlichen Knoten im Taschentuch, um sich etwas zu merken, auf die Speichertechnologie übertragen“, sagt Niklas Romming, der zum Entwicklerteam um Professor Roland Wiesendanger gehört, der an der Universität Hamburg Experimentelle Physik lehrt.

Skyrmionen in einer Doppelschicht von Palladium/Eisen auf einer Iridium-Oberfläche unter dem Rastertunnel-Mikroskop.

Skyrmionen in einer Doppelschicht von Palladium/Eisen auf einer Iridium-Oberfläche unter dem Rastertunnel-Mikroskop.

Foto: Arbeitsgruppe Wiesendanger/Universität Hamburg

Bisher ließen sich Skyrmionen nicht gezielt herstellen und löschen, Grundvoraussetzungen für ihre Nutzung als Datenspeicher. Hamburger Forscher haben es jetzt geschafft. Sie können die merkwürdigen magnetischen Nano-Knoten erzeugen und wieder auflösen, vorerst allerdings nur in Einzelfällen. Um sie als Speicher nutzen zu können müssten Milliarden dieser Knoten in Sekundenschnelle gebildet beziehungsweise aufgelöst werden. Die Kapazität von Skyrmionenspeichern ist theoretisch um ein Vielfaches höher als die etwa von Festplatten, aufs Volumen bezogen.

Hauchdünner Film aus zwei Metallen

Die Bildung der Knoten und ihre Auflösung gelang der Gruppe durch eine geschickte Wahl von Temperatur und Magnetfeld. Ihre Probe besteht aus einem nur zwei Atomlagen dicken Film aus dem Edelmetall Palladium und Eisen, der auf einem Iridiumkristall abgeschieden wurde. Diese winzige Anordnung schoben die Forscher in ein Magnetfeld. Zusätzlich leiteten sie mit der extrem feinen Messspitze eines Rastertunnelmikroskops punktförmig Strom in die Probe. Diese Kombination sorgte für die Entstehung einzelner Skyrmionen, die mit einem zweiten Impuls wieder gelöscht werden können.

Das Prinzip ist jetzt klar, was allerdings nicht bedeutet, dass in naher Zukunft Skyrmionenspeicher in Smartphones und Laptops eingebaut werden können. Die Schreib- und Löscheinheit muss dazu drastisch verkleinert werden, eine Aufgabe für industrielle Entwickler.

Von Wolfgang Kempkens

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