Physiker verschieben magnetischen Wirbel
Reduzierter Stromverbrauch von PCs bringt neue physikalische Effekte
 
Gitter aus magnetischen Wirbelstrukturen: Skyrmionen neuer Ansatz (Bild: tum.de)

München (pte003/24.02.2012/06:10) – Ein Physiker-Team der Technischen Universität München (TUM) http://www.tum.de und der Universität zu Köln http://uni-koeln.de hat eine einfache elektronische Methode entwickelt, mit der Informationsbits verschoben und ausgelesen werden können. Dieser Effekt könnte dazu beitragen, dass Computer der Zukunft schneller, kleiner und energiesparender werden. "Wir haben einen magnetische Wirbel im Material verschoben", sagt TUM-Studienleiter Christian Pfleiderer gegenüber pressetext.

Vor drei Jahren hat Pfleiderer in einem Kristall aus Mangansilizium eine neuartige magnetische Struktur entwickelt, ein Gitter aus magnetischen Wirbeln. Zusammen mit Achim Rosch der Universität zu Köln erforschten beide die Eigenschaften dieser nach dem britischen Physiker Tony Skyrme Skyrmionen genannten Wirbel. Sie erwarteten sich neue Ergebnisse im Bereich der "Spintronics", Nanoelektronik-Bausteine, die nicht nur die elektrische Ladung von Elektronen, sondern auch ihr magnetisches Moment, den Spin, zur Informationsverarbeitung nutzen.

Wirbel erzeugen elektrisches Feld

Wie die Information geschrieben, geändert und ausgelesen werden könnte, bleibt ein Problem. Bisher verwendete das Team um Pfleiderer die Neutronenstrahlung, um die Materialien zu untersuchen. "Wir können mit den Kristallen, die wir in unseren Labors im Physik-Department herstellen, direkt hinüber gehen und mit Neutronen die magnetische Struktur, deren Dynamik und viele andere Eigenschaften messen."

Mithilfe der Neutronenstrahlung konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass selbst geringste Stromstärken ausreichen, um die magnetischen Wirbel zu verschieben. Nun haben die Physiker eine Methode entwickelt, mit der sie die aus Spinwirbeln bestehenden Skyrmionen rein elektronisch bewegen und vermessen können. "Bewegen sich die magnetischen Wirbel im Material, so erzeugen sie ein elektrisches Feld", sagt Pfleiderer. "Und das können wir nun mit im Labor verfügbarer Elektronik messen."

Niedrige Temperaturen notwendig

Während die Forscher derzeit noch mit Strom im Schreib- oder Lesekopf einer Festplatte ein Magnetfeld erzeugen, um das Material an einer Stelle der Festplatte zu magnetisieren und ein Informationsbit zu schreiben, kann man die Skyrmionen direkt und mit sehr kleinen Strömen bewegen. "Damit sollte es möglich sein, Speicherung und Verarbeitung von Daten wesentlich kompakter und energetisch sehr viel effizienter zu gestalten", sagt Pfleiderer.

Bisher sind für die Messung der Effekte sehr tiefe Temperaturen nötig. Im Rahmen eines aus Mitteln des European Research Council geförderten Projekts entwickeln die Wissenschaftler neue Materialien, die Skyrmionen auch bei Raumtemperatur nutzbar machen sollen. Bis die ersten elektronischen Bauteile mit dieser Technologie auf den Markt kommen, ist jedoch noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten.