Magnetische Wirbel als Arbeitsspeicher

Abgeflachte Nanokegel erlauben höhere Speicherdichte

Magnetwirbel
Magnetwirbel

Dresden-Rossendorf - Winzige magnetische Wirbel gelten als viel versprechende Kandidaten für Arbeitsspeicher, die sich ihre Daten auch ohne Stromfluss merken können. Mit solchen so genannten MRAMs erübrigt sich ein langwieriges "Hochfahren" von Computern. Um in Zukunft eine hohe Speicherdichte mit dieser Technologie erreichen zu können, entwickelten Wissenschaftler vom Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) ein neues Fertigungsverfahren, das sie in der Fachzeitschrift "Advanced Functional Materials" vorstellen.

Auf winzigen Nanoscheiben aus einer Eisennickel-Legierung (Permalloy) lassen sich schon heute die Magnetwirbel erzeugen und über den Spin von Elektronen kontrollieren. Doch diese Scheiben messen mindestens einige hundert Nanometer im Durchmesser. Mit abgeflachten Kanten jedoch könnten die Speichereinheiten deutlich schrumpfen. "Diese bevorzugte Geometrie haben wir mit einer Nanokugel-Lithografie direkt auf einem dünnen ferromagnetischen Material realisiert", schreiben Norbert Martin und seine Kollegen vom FZD-Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung.

In einem ersten Schritt beschichteten sie einen oxidierten Siliziumwafer mit einer hauchdünnen Schicht aus Permalloy. Darauf verteilten sie viele kleine Glaskügelchen, die sich zu einem regelmäßigen Muster auf dem Wafer anordneten. Dieses Sandwich beschossen sie mit schnellen Argonionen, die zwischen den Glaskügelchen auf die Magnetschicht trafen und diese Stück für Stück abtrugen. Zurück blieben eine Vielzahl abgeflachter Nanokegel mit Durchmessern von knapp 300 Nanometern. Auf diesen Strukturen ließen sich die Magnetwirbel deutlich einfacher kontrollieren als auf symmetrischen Nanoscheiben.

Mit noch kleineren Glaskügelchen könnten die Nanokegel weiter schrumpfen und so mehr Daten auf gleichem Raum verarbeiten. Gelingt dieser Schritt, müssten für eine Serienfertigung die Ionenstrahlen noch durch ein Lithografie-Verfahren ersetzt werden, das die schnelle Fertigung hoher Stückzahlen erlaubt.

Auch andere deutsche Forschungsinstitute widmen sich der Entwicklung schneller, nichtflüchtiger Arbeitsspeicher. So konzipierten jüngst Wissenschaftler von der Physikalischen Technischen Bundesanstalt in Braunschweig eine magnetische Speicherzelle, die sehr schnell mit einer Taktrate von zwei Gigahertz geschaltet werden konnte. Aufbauend auf diesen Ergebnissen könnten nun Chipentwickler in den kommenden Jahren neue, extrem schnell MRAM-Chips zur Marktreife bringen.