Speicher: Magnetwirbel werden zu Datenspeichern

Hamburger Forscher haben erstmals winzige Magnetwirbel erzeugt und wieder gelöscht. Diese Wirbel könnten künftig als Datenspeicher mit einer hohen Speicherdichte eingesetzt werden.

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Skyrmion: Tests bei minus 265 Grad Celsius
Skyrmion: Tests bei minus 265 Grad Celsius (Bild: Arbeitsgruppe Prof. R. Wiesendanger/Universität Hamburg)

Forscher der Universität in Hamburg haben eine neue Form von Magnetspeicher getestet: Ihnen ist es gelungen, magnetische Wirbel, sogenannte Skyrmionen, zu erzeugen und wieder zu löschen.

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Ein Skyrmion sei ein zweidimensionaler Knoten, "bei dem sich die magnetischen Momente mit einem einheitlichen Drehsinn innerhalb einer Ebene um 360 Grad drehen", erklären die Forscher um André Kubetzka und Kirsten von Bergmann. "Diese magnetischen Knoten haben Teilchencharakter und man kann ihnen eine Art Ladung - die topologische Ladung - zuordnen, womit es möglich ist, mit einem Skyrmion den Bit-Zustand '1' (es gibt ein Skyrmion) und '0' (es gibt kein Skyrmion) darzustellen."

Palladium und Eisen auf Iridium

Den Hamburgern ist es erstmals gelungen, Skyrmionen zu erzeugen und zu manipulieren: Ausgangspunkt war ein zwei Atomlagen dicker magnetischer Film aus Palladium und Eisen auf einem Iridium-Kristall. Auf diesem Film hätten sie mit spinpolarisierten elektrischen Strömen von einem Rastertunnelmikroskop Skyrmionen geschrieben und wieder gelöscht, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Science. Ein Skyrmion wird erzeugt, indem parallel ausgerichtete magnetische Momente verwirbelt werden. Dann bildet sich ein solcher zweidimensionaler Knoten. Zum Löschen wird der Knoten aufgelöst.

Die Magnetwirbel wurden erst vor wenigen Jahren entdeckt. Sie könnten künftig als Datenspeicher eingesetzt werden und die herkömmlichen Magnetspeicher ablösen. Diese lassen sich nicht beliebig verkleinern. Die Skyrmionen hingegen benötigen sehr viel weniger Atome für ein Bit als herkömmliche Magnetspeicher. Dadurch soll diese Technik deutlich höhere Speicherdichten als aktuelle Datenspeicher ermöglichen.

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Dafür müssen allerdings noch einige Probleme gelöst werden: Die Tests fanden bei rund minus 265 Grad Celsius statt. Zudem bedarf es eines Lesekopfes, der die Aufgabe des Rastertunnelmikroskops übernimmt. Das "experimentell realisierte Schreiben und Löschen von Skyrmionen" sei eine erster Schritt, sagen die Forscher. Sie hätten damit aber die Machbarkeit gezeigt.

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