Empa schafft Durchbruch bei Nano-Datenspeicherung

22. Dezember 2020 08:00

Dübendorf ZH - Forschende der Empa haben erstmals die Grundlage für einen künftigen superschnellen und energiesparenden Datenspeicher im Nanobereich geschaffen. Dazu werden nicht herkömmliche Magnetspeicher, sondern Skyrmionen verwendet.

Einer Forschergruppe um Hans Josef Hug an der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) ist die Verwendung von Skyrmionen als Basis für Datenspeicherung gelungen. Die moderne Computertechnik verspricht sich von Skyrmionen, die insgesamt nur wenige Nanometer gross sind, einen extrem platzsparenden und ultraschnellen Weg der Datenspeicherung und -verarbeitung, heisst es in einer Medienmitteilung der Empa.

Bei herkömmlicher Magnetspeicherung von Daten werden etwa die Zahlen Null und eins auf einem Datenträger gespeichert und können verschoben und bearbeitet werden. Das braucht Platz, für jede der Zahlen, und auch viel Energie. Die Verarbeitungsgeschwindigkeit ist begrenzt. Mit der vom Team um Professor Hug entwickelten Technik lassen sich eigentlich instabile magnetische Objekte namens Skyrmione nun in einem aufwendigen Multilagensystem im Nano- und Sub-Nanonbereich stabil nebeneinander bewahren. Das System von Nullen und Einsen hat die Besonderheit, dass die Null durch Abwesenheit – einfach gesagt eine „Lücke“ – dargestellt wird. Dabei bleibt diese auch beim Verschieben stabil, andernfalls würden Fehler entstehen. Wichtig ist, dass diese Technik auch bei Raumtemperatur funktioniert. Die Studie dazu ist jetzt im renommierten Fachblatt „Nature Communications“ veröffentlicht worden.

„Wir haben ein Multilagensystem bestehend aus verschiedenen sub-Nanometer dicken ferromagnetischen, Edelmetall- und seltenen Erdmetall-Schichten hergestellt, in dem zwei verschiedene Skyrmionen-Zustände bei Raumtemperatur nebeneinander existieren können“, wird Hug zitiert. Die beiden Skyrmion-Typen lassen sich aufgrund ihrer unterschiedlich grossen Durchmesser und Intensitäten mit dem bei der Empa entwickelten Magnetokraftmikroskop gut voneinander unterscheiden.

Empa-Forscherin Andrada-Oana Mandru, die Erstautorin der Studie, wird zitiert: „Die von uns entwickelten und mittels Sputter-Technologie herstellbaren Multilagen sind prinzipiell auch im industriellen Massstab herstellbar.“ Das Konzept könnte in einem Racetrack-Speicher Verwendung finden, der 2004 bei der Firma IBM entworfen wurde. Dabei werden Bits zu einzelnen Domänen, die schnell im Speicher verschoben werden können. Das könnten künftig Skyrmionen übernehmen, was Platz sparen und Geschwindigkeiten ermöglichen würde, die 100‘000 Mal so schnell sind wie bisher in einem konventionellen Flash-Speicher und mit einem wesentlich geringeren Energiebedarf, heisst es in der Medienmitteilung. gba   

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