Neue Möglichkeiten mit drei Magnetzuständen pro Loch (Foto: hzdr.de)

Dresden (pte010/03.02.2017/10:33) –

Magnet-Lochgitter im Nanometer-Maßstab könnten neue Wege für die
Computertechnik eröffnen. So haben Forscher des Helmholtz-Zentrums
Dresden-Rossendorf (HZDR) http://hzdr.de mit internationalen Kollegen gezeigt, wie sich ein solches Gitter aus
Metall bei Raumtemperatur zuverlässig programmieren lässt. Sie fanden
zudem heraus, dass bei jedem Loch ("Antidot") drei magnetische Zustände
einstellbar sind. Die Ergebnisse wurden in "Scientific Reports"
publiziert.

Antidot-Gitter aus Kobalt

Die Forscher haben mittels eines photolithographischen
Prozesses eine spezielle Gitterstruktur hergestellt, wie sie auch in
Chipfabriken benutzt wird. Im Ergebnis entstanden je etwa 250 Nanometer
(Millionstel Millimeter) große Antidots, die sich in regelmäßigen
Abständen – mit jeweils 150 Nanometer breiten Zwischenräumen – in der
Schicht anordneten. Dabei achteten die Spezialisten aus Singapur gemäß
den Entwürfen aus Dresden darauf, dass das Metall-Netz ungefähr 50
Nanometer dünn ist, damit es stabil programmierbar wird.

In diesen besonderen Abmessungen zeigte das
Antidot-Gitter aus Kobalt interessante Eigenschaften: Das Team fand
heraus, dass sich mit Hilfe eines von außen angelegten, magnetischen
Feldes drei verschiedene magnetische Zustände um jedes Loch herum
einstellen lassen. Die Wissenschaftler nennen diese Zustände "G", "C"
und "Q". "Die Antidots sind jetzt weltweit sehr populär in der
Forschergemeinde. Durch die Optimierung der Antidot-Geometrie konnten
wir zeigen, dass sich die Spins, also die magnetischen Momente der
Elektronen, rund um die Löcher zuverlässig programmieren lassen", so
HZDR-Forschungsleiter Rantej Bali.

Breites Anwendungsspektrum

Da die einzelnen programmierbaren Löcher in einer
magnetischen Metallschicht liegen, hat die Gitter-Geometrie das
Potenzial für Computer, die mit Spinwellen statt mit elektrischem Strom
arbeiten. "Spinwellen kann man sich ähnlich wie La-Ola-Wellen in einem
Fußballstadion vorstellen. Die Welle pflanzt sich zwar durch das Stadion
fort, die einzelnen Zuschauer, in unserem Fall die Elektronen, aber
bleiben auf ihren Sitzplätzen", erläutert Bali. Solche
Spinwellen-Logikchips dürften weit weniger Strom verbrauchen als heutige
Prozessoren, da keine elektrischen Ströme fließen müssen.

"Unsere Lochgitter könnten auch Bausteine für künftige
Schaltkreise sein, die mit Spinwellen-Logik arbeiten", umreißt Bali
mögliche Anwendungsbereiche. Welche Dynamik die Spinwellen in solchen
Lochgittern entwickeln, will nun der Physikdoktorand Tobias Schneider
näher untersuchen. Er beteiligt sich an der Entwicklung spezieller
Computer-Programme, mit denen die komplexe Berechnung der Magnetzustände
in einem Lochgitter möglich wird.