Neue Materialen für Sensoren und Datenspeicher Mikroskopisch kleine Magnete bauen

Mit einer Sputter-Anlage“ stellen Dr. Timo Kuschel, Prof. Dr. Andreas Hütten, Prof. Dr. Günter Reiss und Dr. Andy Thomas (v.l.) ihre Nano-Magnetschichten her. Das künftige Spinelektronik-Zentrum wird mit einer neuen, noch genaueren Sputter-Anlage ausgestattet sein.
Mit einer Sputter-Anlage“ stellen Dr. Timo Kuschel, Prof. Dr. Andreas Hütten, Prof. Dr. Günter Reiss und Dr. Andy Thomas (v.l.) ihre Nano-Magnetschichten her. Das künftige Spinelektronik-Zentrum wird mit einer neuen, noch genaueren Sputter-Anlage ausgestattet sein.

An der Universität Bielefeld entsteht ein neues Forschungszentrum für Materialien zum Bau von Nanomagneten, die beispielsweise in Sensoren und Computer-Datenspeichern zum Einsatz kommen sollen. Das Potential in der Industrie ist beträchtlich.

Professor Dr. Günter Reiss, künftiger Leiter des neuen »Center for Spinelectronic Materials and Devices« und seine Kollegen stellen extrem dünne Schichten her, die magnetische Eigenschaften haben. Um die Schichten mit unterschiedlichen Fähigkeiten auszustatten, werden ferromagnetisches Material wie Eisen, Nickel und Kobalt mit nichtmagnetischem Material wie Kupfer und Aluminiumoxid kombiniert. Für die Herstellung der Nano-Schichten soll das Zentrum mit einer neuen so genannten Sputter-Anlage ausgestattet werden: Sie kann die Schichtdichte atom-genau kontrollieren.

Das neue Spinelektronik-Zentrum soll eng mit anderen führenden Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten – unter anderem mit der Tohoku University in Japan und der University of York in England. Auch mit dem Chip-Hersteller Intel werden die Bielefelder Magnetforscher kooperieren. Intel will, wie auch seine Mitbewerber, PC-Arbeitsspeicher herstellen, die kleiner sind als heutige Varianten. Je kleiner die Schaltkreise in solchen Datenspeichern sind, desto weniger Energie brauchen sie.

Reiss und sein Team machen sich das Phänomen zunutze, dass in optimierten ferromagnetischen Stoffen mikroskopisch kleine magnetisierte Bereiche – die magnetischen Domänen – erzeugt werden können, die besonders langzeitstabil sind. Mit dieser Methode können Informationen gespeichert werden, um sie auch lange Zeit später zu lesen. Die Physiker entwickeln ultradünne Schichten, die sich besonders gut magnetisch beschreiben lassen und auf kleinem Raum möglichst viele Informationen aufnehmen. Diese Schichten sollen später in Datenspeichern verbaut werden.

Darüber hinaus wird in dem neuen Zentrum unter anderem an Drehwinkel-Sensoren geforscht. Solche Sensoren werden zum Beispiel in Navigationssystemen im Auto und in Handys genutzt, um Richtungsänderungen festzustellen. Wie ein Kompass erfassen die Sensoren das Erdmagnetfeld und können so Positionsänderungen messen. »Heutzutage sind Drehwinkel-Sensoren noch störanfällig, so dass mitunter mehrdeutige oder keine Messdaten erfasst werden«, sagt Reiss. Zusammen mit seinen Kollegen arbeitet er deswegen daran, die Genauigkeit der Sensoren zu erhöhen.

Seit rund 15 Jahren befassen sich Physiker der Universität Bielefeld mit Spinelektronik. Sie unterscheidet sich von herkömmlicher Elektronik, in der in Bauteilen die Ladung des Elektrons als Informationsträger verwendet wird. Die Spinelektronik nutzt zusätzlich den Spin des Elektrons, der bildhaft einer schnellen Drehung um die eigene Achse entspricht. Dadurch stehen zusätzliche Funktionen zur Verfügung.