Magnetwirbel: Neue Basis für Datenspeicherung

Frustrierte Magnete, sogenannte Skyrmione können kleine magnetische Wirbel bilden, die für die Speicherung von Daten bestens geeignet sind. Das haben Physiker der Universität Groningen entdeckt. Dies öffnet den Forschern den Weg zur Entwicklung entsprechender Geräte, die Informationen auf eine völlig neue Weise abspeichern. [...]

Das Forschungsgebiet von Skyrmionen hat sich in den vergangenen Jahren rapide ausgedehnt. Die sehr kleinen magnetischen Wellen könnten eines Tages Memo-Geräte hervorbringen, die nicht nur neu arbeiten, sondern auch sehr wenig Energie benötigen. Bislang konnte die Produktion von Skyrmionen nur in speziellen Materialien, den chiralen Magneten, nachgewiesen werden. Jedoch noch nicht bei frustrierten Magneten.

„Im normalen Magnet sind die magnetischen Kräfte gut miteinander abgestimmt. In einem frustrierten Magneten konkurrieren parallele Magnetmomente mit Interaktionen, die antiparallele Magnetmomente bevorzugen. „Das bedeutet, dass die magnetischen Momente im Kristall unglücklich sind – sie sind gezwungen, sich zu magnetischen Spiralen aufzuwickeln“, so Forscher Maxim Mostovoy von der Universität Groningen.

Ein Feld transformiert die Spirale in ein magnetisches Kristall aus Skyrmionen, beschreiben die Physiker in ihrem theoretischen Papier. „Zudem haben wir herausgefunden, dass Skyrmione in frustrierten Magneten viel interessantere Eigenschaften haben als Skyrmione in chiralen Magneten“, sagt Mostovoy. So können die magnetischen Momente innerhalb des frustrierten Skyrmions rotieren, während sie in chiralen Magneten eher starr sind.

Die Rotation geht mit einem Dipolmoment des Skyrmions einher, der sich für das Ablegen zusätzlicher Informationen nutzen lässt. In chiralen Magneten bewegen sich die Skyrmione aufgrund eines elektrischen Stroms durch das Material. In frustrierten Magneten können sie durch ein elektrisches Feld bewegt werden, was keinen Strom benötigt und daher weniger Energie verbraucht.

FORTSCHRITTE IN STORAGE-FORSCHUNG

In den letzten Tagen wurde auch auf anderen Gebieten, die sich mit innovativen Möglichkeiten der Datenspeicherung beschäftigen, von großen Fortschritten berichtet. So haben Forscher der University of Tennessee einzelne Moleküle durch Laserlicht wie in einem kreisförmigen Metallkäfig gefangen gehalten, was als „Nano-Falle“ bezeichnet wird. „Wenn dieser Weg erfolgreich beschritten wird, könnten diese Experimente die Leistungsfähigkeit von Prozessen und die Speicherung von Informationen wesentlich erhöhen“, so Forschungsleiter Ali Passian.

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Universität Oxford und der Universität Exeter haben wiederum den eigenen Angaben zufolge ersten nicht volatilen, das heißt dauerhaften optischen On-Chip-Speicher entwickelt. Der neue Speicher soll Daten auch ohne Stromzufuhr jahrzehntelang bewahren können. „Optische Bits lassen sich mit Frequenzen bis zu einem Gigahertz schreiben; damit erlaubt unser vollphotonischer Speicher eine extrem schnelle Datensicherung“, erklärt Professor Wolfram Pernice, der eine Arbeitsgruppe am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT leitete und inzwischen an der Universität Münster tätig ist. „Der Speicher ist sowohl mit der üblichen optischen Datenübertragung über Glasfaser als auch mit modernsten Prozessoren kompatibel“, ergänzt Professor Harish Bhaskaran von der Universität Oxford. (pte/rnf)