Hamburger Physiker

Nanowirbel als Datenspeicher

Skyrmionen, winzige magnetische Strukturen, könnten womöglich einmal in Smartphones und PC zum Einsatz kommen

Hamburg. Vor mehr als 50 Jahren entwickelte der theoretische Physiker Tony Skyrme ein Modell, in dem wirbelförmige magnetische Strukturen vorkommen. Doch erst im Jahre 2011 wurden die nach ihrem Entdecker benannten Skyrmionen auf einer Oberfläche nachgewiesen. In der Studie, an der Forscher aus Hamburg maßgeblich beteiligt waren, hieß es, die winzigen Strukturen ließen sich womöglich für eine neue Generation von kleineren und leistungsfähigeren Datenspeichern nutzen.

Eine Hürde auf dem Weg dorthin hat nun erneut ein Wissenschaftlerteam der Universität Hamburg genommen: Wie die Physiker aus der Gruppe von Prof. Roland Wiesendanger im Wissenschafts-Journal „Science“ berichten, gelang es ihnen mit einem Rastertunnelmikroskop, vier magnetische Skyrmionen zu erzeugen und zu löschen, also an- und auszuschalten. Damit ließen sich den Skyrmionen die Zustände 1 und 0 zuordnen, die beiden Zeichen des digitalen Alphabets – Bits. Viele Einsen und Nullen bilden Informationen, aus denen sich Text-, Bild- oder Videodateien zusammensetzen. Würde nun auf einem Datenträger definiert, wo Skyrmionen entstehen dürfen, könnten die Bit-Zustände 1 (es gibt ein Skyrmion) und 0 (es gibt kein Skyrmion) entsprechend geschrieben und abgelesen werden.

Die von den Hamburgern erzeugten Skyrmionen bestehen aus etwa 300 Atomen. Zum Vergleich: Herkömmliche Festplatten nutzen den Platz von etwa einer Million Atomen, um ein Bit zu speichern.

Weltweit tüfteln Forscher daran, mehr Informationen auf kleinerem Raum unterzubringen. In herkömmlichen Festplatten magnetisiert ein Schreiblesekopf winzige Felder, wobei jedes magnetisierte Feld für eine 1 oder eine 0 steht.

Zwei Faktoren machen es allerdings schwer, die Felder zu verkleinern. Der erste ist die Temperatur: Je wärmer die Festplatte im Betrieb wird, desto instabiler werden die Magnetfelder. Der zweite Faktor ist der nachbarschaftliche Einfluss: Je enger die Magnetfelder aneinanderrücken, desto höher ist die Gefahr, dass sie sich gegenseitig stören. Beides kann zum Verlust von Daten führen.

Die von ihnen beobachteten Skyrmionen seien robuster, berichten die Hamburger Physiker. Für ihre Versuche verwendeten sie einen zwei Atomlagen dicken Film aus Palladium und Eisen auf einem Iridium-Kristall. Diese Probe brachten sie in ein magnetisches Feld und legten dann über die Spitze des Rastertunnelmikroskops einen elektrischen Strom an, um die Skyrmionen zu erzeugen und zu löschen.

Ob die wirbelförmigen Strukturen tatsächlich einmal als Datenspeicher in Computern und Smartphones zum Einsatz kommen werden, ist unklar. Die Machbarkeit dieser Technologie sei nun aber immerhin im Experiment bewiesen worden, schreiben die Hamburger Forscher.