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Ionenskalpell graviert Datenspeicher im Atomchaos

Eisenspäne an zwei Stabmagneten veranschaulichen die magnetischen Flusslinien in der Makrowelt. Foto: HZDR

Eisenspäne an zwei Stabmagneten veranschaulichen die magnetischen Flusslinien in der Makrowelt. Bis auf wenige Nanometer verkleinert, könnten die erzeugten Magnete interessant für Spintronik-Datenspeicher werden. Foto: HZDR

Rossendorfer formen mit Edelgas-Ionen Nanomagnete für Spintronik

Dresden-Rossendorf, 23. November 2015. Sächsische Forscher haben mit Ionenstrahlen Nanomagnete in Eisenaluminium hineingeprägt, die neuartige Spintronik-Speicher ermöglichen könnten. Diese winzigen Magnete sollen künftig genutzt werden, um bessere Festplatten und andere Speicher zu entwickeln, die noch mehr Filme, Musik und andere Daten auf kleinstem Raum speichern können. Das hoffen zumindest die Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf und der TU Dresden, die für dieses Projekt zusammengearbeitet haben.

Neonbeschuss brachte Alu-Eisen ganz durcheinander

Für ihre Experimente beschossen sie eine Eisen-Aluminium-Legierung mit geladenen Atomrümpfen (also Ionen) des Edelgases Neon. Zehn dieser Neon-Ionen genügten, um einige Hundert Teilchen im Eisen-Alu-Atomgitter so durcheinander zu bringen, dass sie plötzlich magnetisch wurden. Zur Erinnerung: Eisen ist im Normalzustand ferromagnetisch, Aluminium dagegen nicht. Auch im Verbund ist Aluminium-Eisen eigentlich nicht magnetisch. Der Neon-Ionenbeschuss hat die Alu-Atome aber gewissermaßen so verdrängen können, dass sich die Eisenatome wieder an ihre alten magnetischen Kräfte „erinnerten“. „Wir können mit unserer Methode nun sehr schnell und unkompliziert beliebige magnetische Geometrien erzeugen“, betonte HZDR-Physiker Physiker Dr. Rantej Bali. Seine TU-Kollegen überprüften und testeten die so erzeugten Nanomagnete dann am „Transmissions-Elektronenmikroskop“ (TEM) im Triebenberg-Labor der TU Dresden aus.

Magnetische Flusslinien der per Ionenstrahl erzeugten Nano-Magnete. Foto: TU Dresden, Falk Röder

Magnetische Flusslinien der per Ionenstrahl erzeugten Nano-Magnete.
Foto: TU Dresden, Falk Röder

Forscher möchten Daten in Drehimpulsen einzelner Teilchen speichern

All das mag zunächst nach einem sehr praxisfernen Experiment klingen. Diese Ionenbeschuss-Technologie könnte aber in naher Zukunft besondere Bedeutung in der Elektronik bekommen. Denn den Forschern gelang es, mit nur wenigen Neon-Teilchen jeweils 50 bis 300 Nanometer schmale Zonen im Alu-Eisen zu erzeugen, die abwechseln magnetisch bzw. nichtmagnetisch waren. Und solche Streifen sind nach Meinung von Experten eine vielversprechende geometrische Anordnung, um künftig Daten in Speichern noch dichter zu packen: indem man nämlich die Informationen in den Drehimpulsen („Spins“) einzelner Teilchen abspeichert. Elektronik auf dieser Basis wird auch als „Spinelektronik“ oder „Spintronik“ bezeichnet.

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