Wegweiser zu Magnetspeichern aus einem Atom

Modell, Atome, Molekül Bildquelle: Flickr: net_efekt
Die Miniaturisierung von magnetischen Datenspeichern könnte in Zukunft noch deutlich weitergehen. Einen Weg dorthin konnten Wissenschaftler von zwei Universitäten in Deutschland nun aufzeigen.
Laut ihrem Bericht, der im renommierten Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht wurde, ist es gelungen, ein Bit von einem Atom repräsentieren zu lassen. Heutzutage braucht man einen Verbund von mehreren Millionen Atomen, damit ein magnetisches Bit so stabil ist, dass Festplattendaten über Jahre sicher sind. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg - doch zumindest konnte das Atom-Bit über rund zehn Minuten stabil gehalten werden.

"Ein einzelnes Atom fixiert auf einer Unterlage ist meist so empfindlich, dass es nur Bruchteile einer Mikrosekunde seine magnetische Ausrichtung beibehält", erklärte Wulf Wulfhekel vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Zusammen mit Kollegen vom Institut für Physik der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Max-Planck-Instituts (MPI) für Mikrostrukturphysik Halle hat er es nun geschafft, diese Zeit um einen Faktor von etwa einer Milliarde auf mehrere Minuten zu verlängern.

In ihrem Experiment arbeiteten die Forscher mit einem Holmium-Atom, einem Element, das zu den Seltenen Erden gehört und deutlich bessere magnetische Eigenschaften hat als Eisen. Dieses wurde auf einer Platin-Oberfläche untergebracht. Bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt vermaßen die Wissenschaftler die magnetische Ausrichtung des Atoms mittels der feinen Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Der magnetische Spin sprang erst nach circa zehn Minuten um.

"Um die Spin-Umklapp-Zeiten zu verlängern, haben wir den störenden Einfluss der Umgebung für das Atom ausgeblendet", erläuterte Arthur Ernst vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik. Normalerweise stoßen die Elektronen der Unterlage und des Atoms rege quantenmechanisch miteinander und destabilisieren den Spin des Atoms in Mikrosekunden oder schneller aus dem Grundzustand. Im Fall von Holmium und Platin bei tiefen Temperaturen werden störende Wechselwirkungen durch die Symmetrieeigenschaften des vorliegenden Quantensystems ausgeschaltet. Speicher, Atom, Physik Speicher, Atom, Physik
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