Entstehungsprozess simulieren

Ein bisschen nach Zukunftsmusik klingt das schon: Hunderte von Terabytes auf der Fläche einer momentan handelsüblichen Festplatte speichern? Der Trick liegt in der Struktur: statt mit dem heute üblichen Lithografieverfahren werden die Speicherschichten aus einer Eisen-Platin-Verbindung im sogenannten MBE-Dünnschichtverfahren auf den Wafer aufgedampft. Durch einen noch nicht vollständig verstandenen Prozess der Selbstorganisation, bilden sich Quantum Dots, die durch magnetische Ausrichtung jeweils ein Bit an Information speichern können.

Wissenschaftler vermuten, dass die Selbstorganisation durch eine mechanische Spannung der Schicht, die nur einige Atome dick ist, auf dem Trägermaterial auftritt. Am Institut für Wissenschaftliches Rechnen der TU Dresden wird im Rahmen des EU-Projekts "MagDot" mathematisch simuliert, wie diese Atominseln entstehen. Die Forscher wollen herausfinden, was die treibenden Faktoren sind, die die Anordnung der Quantum Dots beeinflussen, denn bisher ist es noch nicht gelungen, regelmäßige Quantenpunktstrukturen herzustellen.

„Die Simulation durch diskrete Modelle“, erklärt Institutsdirektor Prof. Axel Voigt, „reicht für die komplexe Betrachtung der Selbstorganisation nicht aus. Schließlich will man verstehen, wie sich die einzelnen Atome verhalten, aber auch, wie sie auf der vergleichsweise großen Substratfläche interagieren und sich zu Inseln anordnen - ein Multiskalenproblem.“ Die Dresdner Wissenschaftler rücken ihm mit Stufenflussmodellen zu Leibe; mit diskret kontinuierlichen Rechenmodellen, die skalenübergreifend miteinander kombiniert werden.

Die simulierten Daten werden mithilfe von Rastertunnel- und Transmissions-Elektronenmikroskopen experimentell überprüft. Indem die Forscher die Temperatur bei der Herstellung der Quantenpunkte variieren, die Wafer mechanisch vorspannen oder das Substrat gewissermaßen "vormustern", wollen sie verstehen, was die Ausbildung von Quantum Dots beeinflusst und so letztendlich eine regelmäßige gitterförmige Anordnung erreichen.

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Dresden