Magnetisches Schalten in Rekordzeit vorhergesagt

In winzigen scheibchenförmigen Magneten kann sich die Magnetisierung spontan zu einem Wirbel anordnen. Solche Wirbel erinnern an alltägliche Phänomene, wie Wasser, das durch einen Ausguss abfließt. Auch magnetische Wirbel besitzen ein Zentrum, einen "Kern", der einen Durchmesser von etwa zehn Nanometern oder weniger als 100 Atomen hat.

 
 
Bildfolge einer Umkehr eines magnetischen Wirbelkerns
An den Kreuzungspunkten der roten und blauen Bänder befinden sich die Kerne der Wirbel und Anti-Wirbel© Forschungszentrum Jülich
 
 


Im Wirbelkern ist die Magnetisierung senkrecht zur Wirbelebene ausgerichtet und zeigt entweder nach oben oder nach unten. Dadurch eignen sich diese Strukturen prinzipiell für Anwendungen als binäre Datenspeicher, umso mehr, da die Richtung der Magnetisierung äußerst stabil ist. Verantwortlich für die hohe Stabilität ist die stärkste Kraft, die in solchen Magneten vorkommt, die "Austausch-Wechselwirkung". Wenn diese interne Kraft genutzt wird, so berechneten die Jülicher Festkörperphysiker, ist es möglich, die Magnetisierungsrichtung des Kerns umzukehren, ohne extrem starke Magnetfelder einzusetzen.

Mit Hilfe moderner Computer-Simulationen haben die Wissenschaftler in der Gruppe um Dr. Riccardo Hertel vom IFF in Jülich zusammen mit Kollegen vom Max-Planck-Institut in Stuttgart eine Möglichkeit gezeigt, Magnet-Kerne mit sehr kurzen und vergleichsweise schwachen magnetischen Pulsen umzupolen. Diese Pulse bewirken Prozesse im Inneren der Magnet-Scheibchen, an denen die Austausch-Wechselwirkung einen entscheidenden Anteil hat. Denn deren Stärke sorgt für höchste Geschwindigkeit:

"Das wichtigste Ergebnis unserer Studie ist, dass schon ein magnetischer Puls von nur fünf Milliardstel Millisekunden ausreicht, um die Magnetisierungsrichtung des Kerns umzukehren - das ist fast 100 Mal schneller als der schnellste Computer-Prozessor", erklärt Hertel. "Der Puls verzerrt die magnetische Struktur der Scheibe so stark, dass ein zusätzliches Wirbel-Paar entsteht. Dieses Paar besteht aus einem neuen Wirbel und dessen Gegenstück, einem sogenannten Anti-Wirbel. Anschließend löschen sich der ursprüngliche Wirbel und der neue Anti-Wirbel aus, so dass nur noch ein Wirbel übrig bleibt. Dessen Kern zeigt nach unten, wenn die ursprüngliche Magnetisierung nach oben zeigte, und umgekehrt."

COMPAMED.de; Quelle: Forschungszentrum Jülich