Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Durch Temperaturunterschiede können die magnetischen Eigenschaften des Materials verändert werden.
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Spintronik: Hallesche Physiker entwickeln Ideen für temperaturgesteuerte Speichermedien

Nummer 049/2016 vom 19. April 2016
Temperaturveränderungen helfen dabei, magnetisch gespeicherte Daten schneller und effizienter zu verarbeiten. Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik (MPI) in Halle haben herausgefunden, dass sich moderne Speichermedien durch den Einsatz einer bestimmten Materialklasse verbessern lassen. Die speziellen magnetischen Eigenschaften dieser Stoffe sorgen dafür, dass die Speicher bei Temperaturveränderungen noch schneller und energiesparender arbeiten. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal "Scientific Reports" der Nature Publishing Group veröffentlicht.

"In elektronischen Geräten entsteht immer Wärme. Diese weiterzuverwenden, birgt ein großes Potential für die Entwicklung neuartiger und energiesparender Elektronik", sagt Dr. Alexander Sukhov vom Institut für Physik der MLU. Seit Jahren arbeiten Physiker, auch die Arbeitsgruppe des halleschen Forschers Prof. Dr. Jamal Berakdar, an einem Verfahren, um moderne Speicher mit Hilfe von thermischer Energie und nicht etwa von Elektrizität zu betreiben. Ein Problem dabei ist die relativ langsame Reaktionszeit von Datenträgern bei Temperaturveränderungen. Eine schnelle thermische Elektronik lässt sich laut den Berechnungen der Forschergruppe durch den Einsatz von speziellen Magneten umsetzen. Diese verändern bei einem Temperaturgefälle, also unterschiedlichen Temperaturen am Anfang und am Ende des Materials, ihre magnetischen Eigenschaften.

Ihre Überlegungen haben die Physiker mit einer Simulation am Beispiel sogenannter Racetrack-Speicher getestet. Diese Speicher sind im Gegensatz zu klassischen Speichern nicht zwei-, sondern dreidimensional aufgebaut. Sie bestehen aus Milliarden von ferromagnetischen Drähten, auf denen die einzelnen Speicherbits in magnetischen Domänen gespeichert werden. Anders als bei klassischen Festplatten gibt es aber keinen mobilen Lese- oder Schreibkopf, der über die Speicheroberfläche wandert und die Daten ausliest. Auch die Drähte sind fest fixiert. Stattdessen bewegen sich die Magnetdomänen, also die Bits auf dem Speicher, durch das Temperaturgefälle. Die Schreib-Lese-Geschwindigkeit dieser thermischen Racetrack-Speicher ist somit durch die Domänengeschwindigkeit bestimmt. Der jetzige Befund zeige, so Berakdar, dass eine schnelle Domänenbewegung und damit auch eine effiziente thermische Elektronik möglich sind, wenn geeignete Materialien und Verbundstoffe zum Einsatz kommen.

Zur Publikation:
Sukhov, A. et al. Swift thermal steering of domain walls in ferromagnetic MnBi stripes. Sci. Rep. 6, 24411; doi: 10.1038/srep24411 (2016).

 

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