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Rossendorfer arbeiten an Ventilen für Spintronik-Chips

Beim Rossendorfer Verfahren werden Stapel aus Eisen (blau) und Alu (weiß) mit Neon-Ionen (gelb) beschossen. So entstehen winzige Streifen, in denen man den Teilchen per Magnetfeld befehlen kann, ihre Drehrichtung (Spin) aufeinander abzustimmen. Abb.: Sander Münster, HZDR

Beim Rossendorfer Verfahren werden Stapel aus Eisen (blau) und Alu (weiß) mit Neon-Ionen (gelb) beschossen. So entstehen winzige Streifen, in denen man den Teilchen per Magnetfeld befehlen kann, ihre Drehrichtung (Spin) aufeinander abzustimmen. Abb.: Sander Münster, HZDR

Mehr Rechen- und Speicherkraft für Computer im Blick

Dresden-Rossendorf, 17. Februar 2014: Spintronik-Chips gelten als ein möglicher Zukunftsweg, um zum Beispiel Computertelefonen noch mehr Speicher und Rechenkraft zu spendieren. Denn während die klassische Mikroelekronik zunehmend mit physikalischen Grenzen der Miniaturisierung kämpft, wäre es eine reizvolle Alternative, die Drehimpulse (Spins) einzelner Elektronen für die Datenspeicherung und –verarbeitung zu nutzen. Forscher des „Helmholtz-Zentrums Dresden Rossendorf“ (HZDR) haben nun ein recht elegantes Verfahren gefunden, nanometerkleine „Spin-Ventile“ dafür zu erzeugen.

Verfahren ähnelt Methoden in Chipfabriken

Das Team um HZDR-Forscher Dr. Rantej Bali erhitzte dafür eine Legierung auf 500 Grad, so dass sich Stapel bildeten, die abwechselnd aus Eisen- und Aluminiumatomen bestanden. Dann lackierten sie die Stapel streifenweise mit einem „Schutzanstrich“ und beschossen sie mit Rumpfatomen (Ionen) aus Neon. Während die lackierten Stellen unmagnetisch blieben, wurden die teils nur 500 Nanometer (Millionstel Millimeter) schmalen Zwischenstreifen ferromagnetisch. Durch ein Magnetfeld von außen konnten sie nun den Teilchen-Spins dort befehlen, sich in eine Drehrichtung zu ordnen.

Durch Feld dauerhaft magnetisierbar

Dadurch änderten sich die magnetischen Eigenschaften dort dauerhaft. Diese Nanostrukturen können dadurch zusammen mit dem Steuer-Magnetfeld als Mini-Schalter oder als merkfähiger Informationsspeicher genutzt werden. Prinzipiell werden solche Konstruktionen bereits in Festplatten eingesetzt, allerdings für eine rein magnetische Speicherung.

Ziel ist preiswerter magnetischer RAM-Speicher

Klasissche MRAMs auf einem Wafer des US-Unternehmens Everspin. Foto: Everspin

Bisher noch sehr teuer und rar: MRAMs auf einem Wafer des US-Unternehmens Everspin. Foto: Everspin

Auch gab es bereits Versuche, diese Technologie auch für eine elektrische Datenspeicherung in sogenannten Magnetic RAMs (MRAMs) einzusetzen. Denn mit der Magnetisierung ändert sich an diesen Stellen auch der elektrische Widerstand. Die parallele oder nichtparallele Spin-Ausrichtung in den Streifen agiert dann wie ein Ventil, das Signalströme frei durchlässt (Informationswert „1“) oder stark herunterdrosselt („0“). Diese MRAMs sind allerdings noch sehr teuer in der Herstellung. „Unsere Untersuchungen könnten zu einem vereinfachten Herstellungsverfahren führen“, sagte Sebastian Wintz, der an den Forschungen beteiligt war.

Team will Strukturen nun weiter verkleinern

Balis Team will nun untersuchen, ob sich ihre Spinventile weiter miniaturisieren lassen, was mit Blick auf die Leistungskraft künftiger Spintronik-Computerchips entscheidend wäre. Die Sperrschichten zwischen den Magnetstreifen zum Beispiel haben die Forscher bereits auf 40 Nanometer geschrumpft. Die eigentlichen Funktionsschichten könnten ähnlich verkleinert werden, auf jeden Fall bis auf 100 nm herunter, schätzte Wintz ein. Autor: Heiko Weckbrodt

 

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