Forschungsergebnis der Uni Hamburg Ein stabiles magnetisches Bit aus drei Atomen

Darstellung des konstruierten magnetischen Bits aus nur drei Eisenatomen auf einer Platinoberfläche
Darstellung des konstruierten magnetischen Bits aus nur drei Eisenatomen auf einer Platinoberfläche

Wie klein können Speichermedien werden? Diese Frage beschäftigte auch Physiker der Universität Hamburg. Ihre Antwort: drei Atome reichen aus, um einen stabilen und funktionsfähigen Magnetdatenträger zu realisieren. Das erfordert aber eine bestimmte neue Struktur.

Eine kontinuierliche Herausforderung in der Speichertechnologie ist die anhaltende Nachfrage nach immer kleineren »Bits«. Ein Bit ist die kleinste mögliche Informationseinheit und kann zwei Zustände annehmen. In magnetischen Datenträgern wird diese Information durch die Ausrichtung von winzigen Magneten gespeichert. Die Notwendigkeit, mehr und mehr Informationen in einem immer kleineren Bereich zu speichern, führt daher auf die Frage, wie klein man einen Magneten herstellen kann, der seine Magnetisierung für eine längere Zeitdauer beibehält, so dass die gespeicherte Information nicht verloren geht.

Die ultimative Grenze

In den letzten Jahren konnte man sich durch umfangreiche Forschungen an die minimale Grenze, der Speicherung von Informationen in einzelnen Atomen, immer weiter annähern. Eine besondere Herausforderung bezüglich der Anwendung derartig kleiner Strukturen ist dabei die Destabilisierung ihrer Magnetisierung durch die Wechselwirkung mit den Elektronen der Substratoberfläche, auf der sie aufgebracht sind. Daher ist ein Bit aus wenigen Atomen auf einer leitfähigen Substratoberfläche wünschenswert.

Nur drei Atome und trotzdem stabil

Wie die Zeitschrift »Nature Communications« berichtet, hat ein Team von Wissenschaftlern der Universität Hamburg in Zusammenarbeit mit der Radboud Universität in Nijmegen nun experimentell so ein magnetisches Bit aus nur drei Eisenatomen auf einer leitfähigen Platinoberfläche unter Verwendung der magnetischen Spitze eines Rastertunnelmikroskops konstruiert. Die Wissenschaftler konnten mithilfe des speziell entwickelten magnetisch-sensitiven Rastertunnelmikroskops Informationen in ein Speicherregister bestehend aus zwei der Bits schreiben und die gespeicherte Information stundenlang stabil halten.

Nicht-Kollinearität ist der Schlüssel

Durch die Verwendung von leitfähigem Platin als Substratoberfläche konnten die Forscher eine faszinierende magnetische Struktur innerhalb des Bits und des Substrats erzeugen: Die Magnetisierung der einzelnen Bestandteile des Bits ist nicht parallel ausgerichtet, wie bei herkömmlichen magnetischen Speicherelementen, sondern in einer viel komplexeren, so genannten nicht-kollinearen, Form. Diese Nicht-Kollinearität ermöglicht die Übertragung von gespeicherten Informationen an benachbarte Speicherkomponenten unter Verwendung einer großen Vielfalt von Einstellungen der Magnetisierungsrichtungen. Damit eröffnen sich der Informationsverarbeitung völlig neue Möglichkeiten der magnetischen Datenverarbeitung und -speicherung.