Festplatten: Laser speichert tausende GB/Sekunde

Die Forscher konnten demonstrieren, wie Nord- und Südpol eines Magneten mit Hilfe eines sehr intensiven Hitzepulses - in dem Fall erzeugt durch einen kurzen Laserblitz - vertauscht werden können. Der Hitzepuls bringt den Magneten zunächst in einen Zustand jenseits des Gleichgewichts. Das Bit ist dabei weder 0 noch 1. Innerhalb von Pikosekunden richtet sich der Magnet dann neu aus.

Diese Methode könnte theoretisch die Speicherung von mehreren Tausend Gigabyte pro Sekunde ermöglichen. Das Verfahren wäre somit viele hundert mal schneller als Technologien, die in heutigen Festplatten genutzt werden und hat das Potenzial, deutlich weniger Energie zu verbrauchen.

Bislang galt die Ansicht, dass man ein externes Magnetfeld braucht, um ein Bit zu speichern, also die Ausrichtung eines solchen Nanomagneten umzukehren. So nutzen moderne Festplattenlaufwerke ein magnetisches Feld von rund einem Tesla. Dieses erlaubt es, ein Bit innerhalb einiger Nanosekunden zu speichern. Dabei ist es technologisch sehr schwierig grosse Magnetfelder schnell in einem kleinen Bereich zu schalten

Indem sie sich die deutlich stärkeren inneren Kräfte des magnetischen Materials zu Nutze machten, konnten die Mitglieder eines multinationalen Forschungsteams nun zeigen, wie man die Ausrichtung der Magnete ändern kann, ohne ein Magnetfeld zu verwenden. Jeder der Nanomagnete in dem Material besteht nämlich selbst aus winzigen elementaren Magneten - den Spins, die durch die so genannte Austauschwechselwirkung miteinander gekoppelt sind.

Diese innere Kraft richtet die Spins in einem Material in eine gemeinsame Richtung aus, so dass das ganze Material magnetisch wird. Dabei hatte man bislang angenommen, dass Hitze eine solche magnetische Ordnung nur zerstören kann. Wie sich allerdings zeigte, zwingen aber die Kräfte in seinem Inneren, die durch die Austauschwechselwirkung bestimmt werden, den Magneten in einen der beiden Gleichgewichtszustände.

Experimentell nachgewiesen wurde der Effekt an der Universität Nijmegen mit Hilfe magneto-optischer Mikroskopie an dünnen Schichten und am Paul Scherrer Institut an mikrometergrossen Strukturen, die hier mit einem lithographischen Verfahren im Labor für Mikro und Nanotechnologie hergestellt und anschliessend mit Röntgenmikroskopie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI untersucht wurden.