Ansatz für völlig neue und kleine Magnetspeicher

Physik, Magnet, Feld Bildquelle: Windell Oskay (CC BY 2.0)
Mit einem vor 80 Jahren in der physikalischen Theorie postulierten Phänomen könnten in Zukunft völlig neuartige kompakte und langlebige magnetische Speichermedien entwickelt werden.
Magnete kennt man aus der Praxis stets mit zwei Polen, zwischen denen sich die jeweiligen Feldlinien erstrecken. Anfang der 30er-Jahre des vorigen Jahrhunderts jedoch postulierte der Physiker Paul A. M. Dirac ein Teilchen, das als magnetisches Pendant des Elektrons nur einen der beiden Pole besitzen und nur eine magnetische Elementarladung tragen sollte.

Bei der Suche nach magnetischen Wirbeln konnten Forscher aus München, Dresden und Köln diese mit einem Magnet-Kraftmikroskop nicht nur erstmals beobachten. Sie sahen auch, wie so genannte Skyrmionen - dabei handelt es sich um stabile Wirbel in magnetischen Feldern, die bisher nur bei sehr niedrigen Temperaturen gefunden wurden - in unmittelbarer Nachbarschaft miteinander verschmelzen.

Computersimulationen zeigten, dass hier magnetische Monopole am Werk waren, die die Wirbel wie ein Reißverschluss zusammen ziehen. Damit ist es nicht nur möglich, in Skyrmionen gespeicherte Informationen zu lesen, sondern sie auch wieder zu löschen, teilten die Forscher mit.

Eine wichtige Anwendung der magnetischen Wirbel könnten zukünftige, extrem kompakte und langlebige Datenspeicher sein. Während man für ein magnetisches Speicherbit einer modernen Festplatte etwa eine Million Atome braucht, sind die kleinsten bekannten Skyrmionen in magnetischen Materialien nur etwa 15 Atome groß.

Gleichzeitig benötigt das Verschieben der Wirbel 100.000 mal weniger Strom als das Verschieben magnetischer Speicherbits auf der Basis konventioneller magnetischer Materialien, so dass man Informationen so besonders kontrolliert verarbeiten könnte. Die vielleicht interessanteste Eigenschaft der Skyrmionen ist jedoch, dass sie besonders stabil sind.

Entdeckt wurden die magnetischen Wirbelstrukturen erstmals im Jahre 2009 bei Neutronenstreu-Experimenten an Mangansilizid. "Waren zunächst extrem tiefe Temperaturen nötig, so sind heute auch Materialien bekannt, in denen Skyrmionen bei Raumtemperatur auftreten", sagte Christian Pfleiderer, Professor für magnetische Materialien der Technischen Universität München. "Mit der magnetischen Kraftmikroskopie haben wir endlich eine Methode zur Hand, die uns zum ersten mal erlaubt die Skyrmionen in Anwendungsrelevanten Systemen direkt zu beobachten. Dies ist ein entscheidender Schritt in Richtung einer echten technischen Nutzung." Physik, Magnet, Feld Physik, Magnet, Feld Windell Oskay (CC BY 2.0)
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