Physiker öffnen einen Weg hin zu 10.000-fach besseren Speichern

Ein Forschungsteam konnte jetzt eine 20 Jahre alte These zur Po­la­ri­sa­tion ferro­elektrischer Nano­partikel durch Messungen bestätigen. Die da­durch erlangten Erkenntnisse werden Speichersysteme ermöglichen, die 10.000-mal mehr Daten aufnehmen können.

Komplizierter Nachweis

Die bekannten Ferromagnete sind eigentlich dafür bekannt, ihr Magnetfeld dauerhaft beizubehalten. Das jeweilige Material verliert allerdings seine magnetischen Eigenschaften, wenn es unterhalb einer bestimmten Schwelle auf Nanogröße verkleinert wird. Wie es sich bei den relativ ähnlichen Ferroelektrika und ihrer Polarisierung verhält, war bisher unklar.

Vor rund 20 Jahren hatte der Physiker Laurent Bellaiche die These aufgestellt, dass es in Nanopartikeln ferroelektrischer Materialien einen torusförmigen Wirbel geben müsste, der die Polarisationsverteilung ausmacht. Dies wäre ein durchaus interessanter Effekt, weil mit ihm die Speicherkapazitäten bestimmter Chips bei gleicher Baugröße um den Faktor 10.000 gesteigert werden könnte.


Es war allerdings lange unklar, wie man die Polarisierung von solch winzigen Teilchen messen soll. Dieses Problem wurde nun durch Wissenschaftler am Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) gelöst. Sie entwickelten dafür ein Verfahren, das als atomare Elektronentomografie bezeichnet wird.

CT-Scan auf Atom-Ebene

Diese funktioniert im Prinzip ähnlich wie ein CT-Scan in der Medizin - nur eben auf atomarer Ebene. Mit einem Transmissionselektronenmikroskop wurden Aufnahmen der Nanopartikel aus verschiedenen Richtungen gemacht, aus denen sich dann ein räumliches Bild errechnen ließ, das die Form der Polarisation offenbarte. Es zeigte sich dabei, dass die gemessenen Daten mit jenen der Vorhersage übereinstimmten. Die Forscher arbeiteten dabei mit Bariumtitanat (BaTiO3).

Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass die Kontrolle der Größe und Form von Ferroelektrika allein, ohne Abstimmung des Substrats oder der umgebenden Umwelteinflüsse, möglich ist", erklärte Yongsoo Yang vom Fachbereich Physik des KAIST. "Weitere Forschungsarbeiten könnten nun für die Entwicklung der nächsten Generation von Speichern mit ultrahoher Dichte eingesetzt werden."


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