Mit Hitze Daten speichern

Foto: Zwei Männer und Laser

Konkret haben sie gezeigt, dass Nord- und Südpol eines Magneten mithilfe eines sehr intensiven Hitzepulses – in dem Fall erzeugt durch einen kurzen Laserblitz – vertauscht werden können. Der Hitzepuls bringt den Magneten zunächst in einen Zustand jenseits des Gleichgewichts (das Bit ist weder „0“ noch „1“), aus dem dieser dann innerhalb von Pikosekunden (1 Pikosekunde = 0,000 000 000 001 Sekunde) in einen definierten Zustand „0“ oder „1“ findet.

Diese Methode könnte die Speicherung von mehreren Tausend Gigabyte pro Sekunde erlauben. Das Verfahren wäre viele hundert mal schneller als Technologien, die in heutigen Festplatten genutzt werden und hat das Potenzial, deutlich weniger Energie zu verbrauchen. Die am Projekt beteiligten Forschenden stammen aus Großbritannien, Spanien, der Schweiz, der Ukraine, Russland, Japan und den Niederlanden. Mit dem Einsatz moderner lithografischer Verfahren und hochmoderner Röntgenmikrokopie haben Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) wesentlich zu dem Ergebnis beigetragen.

Jeder, der die anziehenden und abstoßenden Kräfte zwischen Magneten erfahren hat, weiß dass Magnete einen Nord- und einen Südpol haben und dass gleiche Pole einander abstoßen während entgegengesetzte Pole einander anziehen. Derartige Magnete, bloß wesentlich kleiner als diejenigen, die wir aus dem Alltag kennen, werden in moderner Speichertechnologie genutzt, wie sie etwa in Computerfestplatten eingesetzt wird. In dieser Technik werden einzelne Bits (die kleinste Informationseinheit, mit nur den zwei Werten „0“ oder „1“) in der Ausrichtung wenige Nanometer großer Magnete gespeichert. Bislang hat man gedacht, dass man ein externes Magnetfeld braucht, um ein Bit zu speichern, also die Ausrichtung eines solchen Nanomagneten umzukehren. So nutzen moderne Festplattenlaufwerke ein magnetisches Feld von rund einem Tesla (etwa 20'000 mal die Stärke des Erdmagnetfelds), das erlaubt, ein Bit innerhalb einiger Nanosekunden (1 Nanosekunde = 0,000 000 001 Sekunde = 1000 Pikosekunden) zu speichern. Dabei ist es technologisch sehr schwierig, große Magnetfelder schnell in einem kleinen Bereich zu schalten.

Indem sie sich die deutlich stärkeren inneren Kräfte des magnetischen Materials zu Nutze machten, konnten die Mitglieder eines multinationalen Forschungsteams nun zeigen, wie man die Ausrichtung der Magnete ändern kann, ohne ein Magnetfeld zu verwenden. Statt des Magnetfeldes haben sie einen Hitzepuls aus einem Laser genutzt. Jeder der Nanomagnete in dem Material besteht selbst aus winzigen elementaren Magneten – den Spins, die durch die sogenannte Austauschwechselwirkung miteinander gekoppelt sind. Diese innere Kraft richtet die Spins in einem Material in eine gemeinsame Richtung aus, sodass das ganze Material „magnetisch“ wird.

COMPAMED.de; Quelle: Paul Scherrer Institut (PSI)