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Ein neuer Weg der Datenspeicherung?

29.07.2004 - (idw) Forschungsverbund Berlin e.V.

Forscher des Max-Born-Instituts zeigen, wie sich bestimmte Kristalle mit elektrischen Feldern gezielt magnetisieren lassen

Forscher des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin haben einen Weg gefunden, bestimmte Kristalle mithilfe von elektrischen Feldern gezielt zu magnetisieren. Dies könnte zu einer neuen Art der elektronischen Datenspeicherung führen. Dem Team gehörten auch Wissenschaftler des Berliner Hahn-Meitner-Instituts, der Universität Tübingen sowie des französischen Instituts Laue-Langevin an. Koordiniert hat die Studie Manfred Fiebig vom MBI. Die Ergebnisse erscheinen in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Nature.

Zur Speicherung großer Datenmengen in Computern benutzt man in erster Linie Festplatten. Diese sind mit einer ferromagnetischen Substanz versehen, deren magnetische Polung (Nord/Süd, entsprechend 1/0) die zu speichernde Information kodiert. Ein polbarer Bereich entspricht einer Informationseinheit, von denen auf dem Datenträger viele Billionen hintereinender geschrieben sind. Schreiben und Auslesen werden stets mithilfe von Magnetfeldern realisiert. In der fortschreitenden Miniaturisierung der polbaren Bereiche zur Erhöhung der Speicherkapazität stößt man damit jedoch mehr und mehr an physikalische Grenzen. Die Kontrolle der magnetischen Eigenschaften, und damit der gespeicherten Information, durch andere Effekte als Magnetfelder ist daher eines der wichtigsten Ziele der modernen Informationstechnologie.

Die Wissenschaftszeitschrift Nature berichtet heute, dass in bestimmten Kristallen (so genannten "Multiferroika") die magnetische Ordnung auch mittels elektrischer Felder geschaltet werden kann. Dabei wird nicht nur die magnetische Polung durch das elektrische Feld kontrolliert, sondern es ist zudem möglich, den Magnetismus als solchen gezielt an- oder abzuschalten. "Für unser Experiment benutzten wir ein magnetisch weitgehend ungeordnetes Material", berichtet der der Gruppenleiter Manfred Fiebig vom MBI. Es handelt sich um eine kristalline Verbindung der Metalle Holmium und Mangan (HoMnO3) Erst das Anlegen einen elektrischen Feldes machte daraus eine ferromagnetische Substanz, die als Informationsspeicher dienen könnte.

Die Forscher wiesen dies auf zweierlei Weise nach. Zum einen führte das Anlegen einer elektrischen Spannung zu einer Änderung der optischen Eigenschaften der mehrere Millimeter großen HoMnO3-Kristalle, die wiederum charakteristisch für eine Änderung der magnetischen Eigenschaften ist. Zum anderen gelang es, auf atomarer Skala in den Kristall hineinzublicken und die mit der Änderung der magnetischen Ordnung einhergehende Verschiebung der Atome nachzuweisen.

Der Nachweis war nur durch die ungewöhnliche Kombination von Laseroptik und Röntgen- bzw. Neutronenkristallographie möglich. Den Forschern kam dabei zugute, dass in Berlin mit dem Max-Born-Institut am Wissenschafts- und Industriestandort Adlershof und dem Hahn-Meitner-Institut Spitzenforschungseinrichtungen auf beiden Gebieten innerhalb derselben Stadtgrenzen existieren, was eine besonders effektive Zusammenarbeit ermöglichte. Neben den Berliner Instituten waren die Universität Tübingen und das Institut Laue-Langevin in Grenoble an den Experimenten beteiligt.

Bereits vor zwei Jahren hatten die Forscher des Max-Born-Instituts in Nature über die mögliche Kopplung zwischen magnetischen und elektrischen Ordnungszuständen berichtet. Mit dem jetzt in Nature dargestellten Experiment vollführen sie den wichtigen Schritt zum kontrollierten magneto-elektrischen Schalten, mit dem ein neuartiger Schreib- und Leseprozess erst möglich wird. "Wir sehen als mögliche Anwendung nicht unbedingt kleinere Festplatten", erläutert Mafred Fiebig, "sondern eher eine erhöhte Stabilität der gespeicherten Daten".

Zukünftige Untersuchungen werden sich mit der Übertragung der gefundenen Ergebnisse auf dünne Materialfilme widmen, wie sie für technologische Anwendungen relevant sind. Des weiteren soll die zeitliche Ablauf des magneto-elektrischen Schaltprozesses mit den am MBI vorhandenen Kurzpulslasern untersucht werden.

Weitere Informationen:
Manfred Fiebig, Tel.: 030 / 6393-1404
Mail: fiebig@mbi-berlin.de

Quelle: "Magnetic phase control by an electric field" von Th. Lottermoser, Th. Lonkai, U. Amann, D. Hohlwein, J. Ihringer und M. Fiebig (Nature, 29. Juli 2004, S. 541)

Das Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie betreibt Grundlagenforschung auf dem Gebiet der nichtlinearen Optik und Kurzzeitdynamik bei Wechselwirkung von Materie mit Laserlicht und verfolgt daraus resultierende Anwendungsaspekte. Schwerpunkte des Forschungsprogramms sind die Realisierung neuer Quellen für ultrakurze und ultraintensive Lichtimpulse und deren Einsatz in Physik, chemischer Physik und Materialforschung. Das MBI ist in zahlreiche nationale und internationale Kooperationen eingebunden und wird von der Europäischen Union als Large Scale Laser Facility gefördert.

Im Forschungsverbund Berlin (FVB) sind acht natur-, umwelt- und lebenswissenschaftlich orientierte Institute zusammengeschlossen, die wissenschaftlich eigenständig sind, aber im Rahmen einer einheitlichen Rechtspersönlichkeit gemeinsame Interessen wahrnehmen. Alle Institute des FVB gehören zur Leibniz-Gemeinschaft.

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