Januar 2012, Nr. 34
CAMPUS
Antiferromagnetische Ordnung in einer regelmäßigen Anordnung von zwölf Eisenatomen, aufgenommen mit einem Rastertunnelmikroskop. Bild: Sebastian Loth/CFEL
Kontakt:
Dr. Sebastian Loth
Center for Free-Electron Laser Science (CFEL)
t. 040.8998-6273
e. sebastian.loth-at-mpsd.cfel.de
Der kleinste magnetische Datenspeicher der Welt
Zum Vergleich: Moderne Festplatten nutzen mindestens eine halbe Milliarde Atome für ein Byte. Die Gruppe um IBM-Forscher Dr. Andreas Heinrich und CFEL-Forscher Dr. Sebastian Loth stellte ihre Entwicklung im Fachjournal „Science“ vom 13. Januar 2012 vor.
Das CFEL ist eine Kooperation des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg.
Der jetzigen Technik weit voraus
Für ihren Nanospeicher hatten die Forscher am Almaden-Forschungszentrum des Computerkonzerns IBM in San Jose (Kalifornien) mit einem Rastertunnelmikroskop ein regelmäßiges Muster aus Eisenatomen aufgebaut. Jeweils zwei Ketten aus sechs Atomen speichern dabei ein Bit. Ein Byte (8 Bit) beansprucht 4 mal 16 Nanometer. „Das entspricht einer 100 Mal höheren Speicherdichte als auf einer modernen Festplatte“, betont Loth.
„Unsere Arbeit greift der aktuellen Speichertechnologie weit voraus“, erläutert Loth. Die Forscher gehen davon aus, dass eine Ansammlung von maximal 200 Atomen auch bei Raumtemperatur einen stabilen magnetischen Zustand bilden kann. Doch bis atomare Magnete in der Speichertechnologie Verwendung finden, wird sicherlich noch einige Zeit vergehen.
Besondere Art des Magnetismus genutzt
Den Forschern ist es erstmals gelungen, eine besondere Form des Magnetismus, den Antiferromagnetismus, zum Speichern von Informationen zu verwenden. Anders als beim Ferromagnetismus, den herkömmliche Festplatten benutzen, liegen dabei die Eigendrehimpulse (Spins) benachbarter Atome entgegengesetzt. Dadurch erscheint das Material nach außen magnetisch neutral, und so lassen sich die einzelnen Speicherelemente viel dichter platzieren. Die einzelnen Bits haben nur noch einen Abstand von einem Nanometer.
„Angesichts der Miniaturisierung der Elektronik wollten wir wissen, ob man diese Entwicklung bis an die Grenze einzelner Atome weitertreiben kann“, erläutert Loth.
Wie klein ist zu klein?
Statt jedoch vorhandene Bauelemente immer weiter zu verkleinern, wählte die Gruppe den umgekehrten Ansatz: „Beginnend mit dem Kleinsten, dem Atom, haben wir Datenspeicher Atom für Atom aufgebaut“, berichtet Dr. Andreas Heinrich, Leiter der Forschungsgruppe bei IBM. Die Präzision, die dafür nötig ist, beherrschen nur wenige Gruppen auf der Welt.
„Wir haben geprüft, wie groß wir mindestens bauen müssen, um das Gebiet der klassischen Physik zu erreichen“, berichtet Loth, der vor vier Monaten von IBM zum CFEL gekommen ist. Zwölf Atome stellten sich bei den verwendeten Elementen als Untergrenze heraus. „Darunter verwischen Quanteneffekte die gespeicherte Information.“
Ob und wie sich unter der gezielten Nutzung dieser Quanteneffekte eine noch höhere Informationsdichte erreichen lässt, beschäftigt gegenwärtig einen ganzen Forschungszweig.
Über das CFEL
Das Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) auf dem Forschungscampus Hamburg-Bahrenfeld ist eine Kooperation des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg. Es beschäftigt sich mit der Forschung an sogenannten Freie-Elektronen-Lasern (FEL). Diese neuartigen Lichtquellen auf der Basis von linearen Teilchenbeschleunigern ermöglichen, die Natur auf der Skala einzelner Moleküle und Atome live zu beobachten. Unter dem Dach des CFEL treffen sich führende Forscher verschiedener Disziplinen, um gemeinsam an übergreifenden Themen zu arbeiten. Die gegenwärtig über 140 CFEL-Mitarbeiter bilden dabei fünf Divisionen und zwei sogenannte Advanced Study Groups mit einem Jahresetat von insgesamt mehr als zehn Millionen Euro.
http://www.cfel.de
Originalveröffentlichung
„Bistability in atomic-scale antiferromagnets“; Sebastian Loth, Susanne Baumann, Christopher P. Lutz, D.M. Eigler, Andreas J. Heinrich; "Science", Bd. 335, S. 196, DOI: 10.1126/science.1214131
Das CFEL ist eine Kooperation des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg.
Der jetzigen Technik weit voraus
Für ihren Nanospeicher hatten die Forscher am Almaden-Forschungszentrum des Computerkonzerns IBM in San Jose (Kalifornien) mit einem Rastertunnelmikroskop ein regelmäßiges Muster aus Eisenatomen aufgebaut. Jeweils zwei Ketten aus sechs Atomen speichern dabei ein Bit. Ein Byte (8 Bit) beansprucht 4 mal 16 Nanometer. „Das entspricht einer 100 Mal höheren Speicherdichte als auf einer modernen Festplatte“, betont Loth.
„Unsere Arbeit greift der aktuellen Speichertechnologie weit voraus“, erläutert Loth. Die Forscher gehen davon aus, dass eine Ansammlung von maximal 200 Atomen auch bei Raumtemperatur einen stabilen magnetischen Zustand bilden kann. Doch bis atomare Magnete in der Speichertechnologie Verwendung finden, wird sicherlich noch einige Zeit vergehen.
Besondere Art des Magnetismus genutzt
Den Forschern ist es erstmals gelungen, eine besondere Form des Magnetismus, den Antiferromagnetismus, zum Speichern von Informationen zu verwenden. Anders als beim Ferromagnetismus, den herkömmliche Festplatten benutzen, liegen dabei die Eigendrehimpulse (Spins) benachbarter Atome entgegengesetzt. Dadurch erscheint das Material nach außen magnetisch neutral, und so lassen sich die einzelnen Speicherelemente viel dichter platzieren. Die einzelnen Bits haben nur noch einen Abstand von einem Nanometer.
„Angesichts der Miniaturisierung der Elektronik wollten wir wissen, ob man diese Entwicklung bis an die Grenze einzelner Atome weitertreiben kann“, erläutert Loth.
Wie klein ist zu klein?
Statt jedoch vorhandene Bauelemente immer weiter zu verkleinern, wählte die Gruppe den umgekehrten Ansatz: „Beginnend mit dem Kleinsten, dem Atom, haben wir Datenspeicher Atom für Atom aufgebaut“, berichtet Dr. Andreas Heinrich, Leiter der Forschungsgruppe bei IBM. Die Präzision, die dafür nötig ist, beherrschen nur wenige Gruppen auf der Welt.
„Wir haben geprüft, wie groß wir mindestens bauen müssen, um das Gebiet der klassischen Physik zu erreichen“, berichtet Loth, der vor vier Monaten von IBM zum CFEL gekommen ist. Zwölf Atome stellten sich bei den verwendeten Elementen als Untergrenze heraus. „Darunter verwischen Quanteneffekte die gespeicherte Information.“
Ob und wie sich unter der gezielten Nutzung dieser Quanteneffekte eine noch höhere Informationsdichte erreichen lässt, beschäftigt gegenwärtig einen ganzen Forschungszweig.
Über das CFEL
Das Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) auf dem Forschungscampus Hamburg-Bahrenfeld ist eine Kooperation des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY, der Max-Planck-Gesellschaft und der Universität Hamburg. Es beschäftigt sich mit der Forschung an sogenannten Freie-Elektronen-Lasern (FEL). Diese neuartigen Lichtquellen auf der Basis von linearen Teilchenbeschleunigern ermöglichen, die Natur auf der Skala einzelner Moleküle und Atome live zu beobachten. Unter dem Dach des CFEL treffen sich führende Forscher verschiedener Disziplinen, um gemeinsam an übergreifenden Themen zu arbeiten. Die gegenwärtig über 140 CFEL-Mitarbeiter bilden dabei fünf Divisionen und zwei sogenannte Advanced Study Groups mit einem Jahresetat von insgesamt mehr als zehn Millionen Euro.
http://www.cfel.de
Originalveröffentlichung
„Bistability in atomic-scale antiferromagnets“; Sebastian Loth, Susanne Baumann, Christopher P. Lutz, D.M. Eigler, Andreas J. Heinrich; "Science", Bd. 335, S. 196, DOI: 10.1126/science.1214131
PM/Red.