03.02.2010 | Redakteur: Martina Hafner
Wissenschaftlern der Universität Hamburg ist es gelungen, die Richtungsabhängigkeit der magnetischen Kopplung zwischen einzelnen Atomen auf Oberflächen direkt zu vermessen. Dies stelle einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung magnetischer atomarer Datenspeicher und neuartiger Spintronik-Bauelemente dar, so ein Universitätssprecher.
Hervorgerufen durch die immer zunehmende Miniaturisierung und die Flut digitaler Daten suchen Wissenschafter nach Möglichkeiten, den Platz für die kleinste Speichereinheit, ein Bit, zu reduzieren, um Datenspeicher mit immer höherer Kapazität herstellen zu können. Bei der magnetischen Speichertechnologie gilt das ultimative Ziel, die Information eines Bits in der magnetischen Ausrichtung eines einzelnen Atoms speichern zu können.
Magnetische Atome verhalten sich wie winzige Kompassnadeln, deren Magnetisierung entweder nach oben (1) oder unten (0) zeigen kann. Aufgrund ihrer geringen räumlichen Ausdehnung ergeben sich dadurch immens hohe Speicherdichten, die für Jahrzehnte das Speicherplatzproblem lösen würden. Auf dem Weg dorthin benennen Wissenschaftler vor allem zwei grundlegende Probleme: Die atomaren Bits schalten bei Raumtemperatur in Bruchteilen einer Sekunde zwischen den zwei Zuständen (0) und (1), wodurch die gespeicherte Information verloren geht; bei zu kleinen Abständen von wenigen Nanometern koppeln benachbarte Bits, was ebenfalls zu einem Datenverlust führen kann.
Mittels der Methoden der modernen Oberflächenphysik lassen sich atomare Bits auf eine extrem flache Oberfläche eines Metalls aufbringen, die als Modellsystem eines atomaren Datenspeichers dienen. Wie die Hamburger Wissenschaftler bereits früher demonstrierten, kann das atomare Bit mit der magnetisch beschichteten Spitze eines Rastertunnelmikroskops ausgelesen werden.
Bereits vor einem halben Jahrhundert schlugen Theoretiker eine neue Art der Kopplung zwischen solchen magnetischen Atomen vor, die den Magnetismus im Festkörper bestimmt. Kommt ein Leitungselektron in die Nähe eines magnetischen Atoms, richtet es seinen Spin nach diesem aus. Bewegt sich das Elektron weiter durch den Festkörper, kann die Spinpolarisation des Elektrons wiederum eine Ausrichtung des magnetischen Momentes eines der nächsten Atome bewirken. Dadurch wird eine magnetische Kopplung hervorgerufen, die je nach Abstand zu paralleler oder antiparalleler Ausrichtung benachbarter Bits führt.
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