Forschende finden neues Material für Datenspeicher

23. September 2020 09:26

Villigen AG - Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts forschen an einem vielversprechenden Material für kompaktere und schnellere magnetische Datenspeicher. Möglich machte diese Studie eine Röntgentechnik, bei der die grösste Forschungseinrichtung für Natur- und Ingenieurwissenschaften in der Schweiz zur Weltspitze gehört.

Forschende des Paul Scherrer Instituts haben grundlegende Erkenntnisse über ein vielversprechendes Material zur zukünftigen Datenspeicherung gewonnen. Für magnetische Datenspeicher suchten sie nach geeigneten Materialien, die sich möglichst wunschgemäss einstellen lassen. Gefunden haben sie laut einer Medienmitteilung Strontium-Iridium-Oxid (Sr2IrO4). PSI-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben dieses Material zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Polen, den USA und Frankreich untersucht. Am Montag wurde ihre Studie in der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht.

„Das Stichwort unserer Forschung heisst Spintronik“, so Thorsten Schmitt, Leiter der PSI-Forschungsgruppe für Spektroskopie neuartiger Materialien. Die Spintronik nutze nicht nur die elektrische Ladung des Elektrons, sondern auch seinen inneren Drehsinn, den Spin, um bessere elektronische Bauteile zu entwickeln.

Anwendungen der Spintronik gibt es bereits heute in Festplatten. Dabei werden jedoch Materialien eingesetzt, die normal magnetisch sind, Ferromagnete wie Eisen oder Nickel. Weil bei ihnen die Spins parallel zueinander ausgerichtet sind, müssen die ferromagnetischen Datenspeicherpunkte, die Bits, relativ weit auseinanderliegen. Andernfalls würden sie sich gegenseitig stören. Jedoch weisen die Spins bei antiferromagnetischen Materialien entgegengesetzte Richtungen auf. Ein antiferromagnetisches Bit würde darum seine Nachbarn nicht stören.

Strontium-Iridium-Oxid ist ein solches Material. Seine „Bits liessen sich daher enger packen, wir hätten also mehr Daten auf dem gleichen Raum“, so Schmitt. „Ausserdem liessen sich diese Daten schneller ein- und auslesen.“ Werde ein Sr2IrO4-Film auf Trägermaterialien aufgetragen, könne man seine magnetischen und elektronischen Eigenschaften durch gezielte Verzerrungen des Films gezielt und besonders fein einstellen.

Möglich wurde diese Studie durch eine spezielle Röntgentechnik mit sogenanntem weichen Röntgenlicht, bei der das PSI Weltspitze ist. Das Verfahren heisst Resonante inelastische Röntgenstreuung. Weitere Präzisionsmessungen mit hartem Röntgenlicht wurden in Grenoble und in Nordamerika durchgeführt.

Bis aus diesen Erkenntnissen neue Anwendungen werden, dürften nach Schmitts Einschätzung noch zehn bis 20 Jahre vergehen. Doch seien diese Grundlagenstudien „von immenser Wichtigkeit, um bei der Entwicklung von neuen Materialien die entscheidenden Schritte in die richtige Richtung zu machen“. mm

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