Magnetische Speicherung im Nanobereich

Einem Team deutscher Physiker ist es gelungen, magnetische "Bits" aus nur rund einhundert Eisenatomen an- und wieder auszuschalten. Bits sind die kleinsten Einheiten der Informationsverarbeitung und stehen jeweils für eine 1 oder eine 0. Das von den Forschern verwendete Verfahren könnte zu magnetischen Speichermedien mit einer noch höheren Informationsdichte führen.

magnetische Speicherung durch spinpolarisierten Strom
magnetische Speicherung durch spinpolarisierten Strom

Hamburg - "Auf den heutigen Festplatten ist ein Bit etwa 60 Nanometer groß", schreiben die Physiker um Stefan Krause von der Universität Hamburg im Fachblatt "Science". Unter Einsatz eines Rastertunnelmikroskops konnten Krause und seine Kollegen jedoch Speichereinheiten mit einer Größe von rund fünf Nanometern adressieren. Das Entscheidende bei dem Verfahren: Es besteht nicht die Gefahr, dass auch benachbarte Bits beim Schreiben der Information verändert werden.

Bei den heutigen magnetischen Speichermedien finden zwei unterschiedliche Verfahren zum Lesen und Schreiben der Information Anwendung. Ausgelesen wird die Information über den Riesen-Magnetowiderstandseffekt (giant magnetoresistive effect, GMR). Der im Lesekopf einer Festplatte eingebaute GMR-Sensor ändert seinen elektrischen Widerstand bei Annäherung an die magnetischen Bits und "spürt" so, ob sich dort eine 1 oder eine 0 befindet. Zum Schreiben der Information kommt schlicht ein Magnetfeld zum Einsatz, das die Magnetisierung des Bits ändert. Das Problem: Wenn die Bits immer kleiner werden, beeinflusst das Magnetfeld des Schreibkopfs auch benachbarte Bits, kann diese also ungewollt verändern oder löschen.

Krause und seine Kollegen verwenden nun ein anderes Verfahren zum Schreiben von Informationen auf ein magnetisches Medium. Dazu nutzen sie den von der Spitze eines speziellen Rastertunnelmikroskops ausgehenden Strom spinpolarisierter Elektronen. "Wenn man einen solchen Strom durch das Bit schickt, gibt es keinen Strom in den benachbarten Strukturen", betont der gegenwärtig am amerikanischen Argonne National Laboratory tätige Matthias Bode, der ebenfalls an den Arbeiten beteiligt war. "Wir haben hier also einen wirklich lokalen Weg, um Informationen zu schreiben."

Die Forscher wollen nun untersuchen, wie Unreinheiten in dem Speichermedium den Umschaltvorgang beeinflussen. "Wenn wir Unreinheiten finden, die bei der Umschaltung der Strukturen helfen, dann könnten wir das Material gezielt damit dotieren, um eine Informationsspeicherung mit niedrigeren Strömen zu erreichen", so Bode. Das wäre ein wichtiger Schritt, um das Verfahren für eine Anwendung in der Computertechnik weiterzuentwickeln.