Ansprechpartner

Dr. Hermann Stoll

Telefon:+49 711 689-1848Fax:+49 711 689-1952

Matthias Kammerer

Telefon:+49 711 689-3438Fax:+49 711 689-1952

Originalveröffentlichung

Matthias Kammerer, Markus Weigand, Michael Curcic, Matthias Noske, Markus Sproll,  Arne Vansteenkiste, Bartel Van Waeyenberge, Hermann Stoll, Georg Woltersdorf,  Christian H. Back, Gisela Schuetz
Magnetic vortex core reversal by excitation of spin waves

Verwandte Artikel

Festkörperforschung . Materialwissenschaften

Ein schneller Schalter für Magnetnadeln

Magnetische Vortex-Kerne, die sich als besonders stabile Speicherpunkte für Datenbits eignen, lassen sich nun deutlich schneller schalten

12. April 2011

Mikroskopisch winzige ferromagnetische Plättchen zeigen ein Phänomen, das in Zukunft für eine besonders stabile magnetische Speicherung von Daten genutzt werden könnte: so genannte magnetische Vortex-Kerne. Dabei handelt es sich um nadelförmige magnetische Strukturen mit 20 Nanometern (Millionstel Millimeter) Durchmesser. Vor fünf Jahren fanden Forscher des Max-Planck-Institutes für Intelligente Systeme (ehemals Max-Planck-Institut für Metallforschung) in Stuttgart einen Weg, die Magnetfeldnadeln trotz ihrer Stabilität mit winzigem Energieaufwand umzukehren, sodass ihre Spitze in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Ein solcher Schaltvorgang ist die Vorraussetzung, um die Vortex-Kerne in der Datenverarbeitung verwenden zu können. Nun haben die Stuttgarter Wissenschaftler einen neuen Mechanismus entdeckt, der diesen Schaltprozess um mindestens das 20-fache beschleunigt und ihn auf einen weitaus engeren Raum begrenzt als vorher. Somit könnten magnetische Vortex-Kerne eine zugleich stabile, schnelle und stark miniaturisierte Datenspeicherung ermöglichen.
Ein Datenpunkt ändert die Polarisierung: Der Probenausschnitt zeigt die  Magnetisierung, während sie sich von oben nach unten umkehrt. Bild vergrößern
Ein Datenpunkt ändert die Polarisierung: Der Probenausschnitt zeigt die Magnetisierung, während sie sich von oben nach unten umkehrt. [weniger]

Nur rund ein tausendstel Millimeter Kantenlänge und wenige Millionstel Millimeter Dicke: diese winzigen Abmessungen haben die Plättchen aus Permalloy, einer Legierung aus Nickel und Eisen, die die Forscher um Hermann Stoll vom Stuttgarter Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme untersuchen. Die Plättchenform sorgt für die Ausbildung einer geordneten magnetischen Struktur. Die Ordnung erinnert an eine Zielscheibe: wie winzige Kompassnadeln bilden die magnetischen Momente der Atome in der Ebene des Plättchens konzentrische Kreise, so genannte Wirbel oder auf Englisch Vortices.

In der Mitte des Plättchens ändert sich diese kreisförmige Ordnung. „Stellen Sie sich vor, man legt konzentrische Kreise aus Streichhölzern“, erklärt Hermann Stoll. „In der Mitte des Kreises geht das nicht, weil die Streichhölzer zu lang sind. Man muss sie dann aus der Ebene herausdrehen, sodass sich eine Nadel bildet, die senkrecht zur Ebene steht“. In den Vortex-Plättchen passiert etwas Ähnliches: Es bildet sich eine Art Magnetfeldnadel, die aus der Ebene herausragt, der so genannte Vortex-Kern, mit gerade einmal 20 Nanometern Durchmesser. Weil er entweder nach oben oder nach unten zeigen kann, könnte er für die Speicherung von einem Informationsbit genutzt werden.

Mit einem von außen wirkenden Magnetfeld lässt sich die Polarität des Vortex-Kerns umschalten, allerdings muss es sehr stark sein, etwa ein halbes Tesla. Das entspricht etwa einem Drittel des Feldes, das der stärkste Dauermagnet liefern kann. Dies bringt einerseits den Vorteil mit sich, dass ein entsprechender Magnetspeicher gegen störende Magnetfelder stabil wäre. Diese Stabilität gerät andererseits aber auch zum Nachteil, da sie das Umkehren des Vortex-Kernes und somit das Verarbeiten von Daten erschwert.

 
loading content