Magnet-Lochgitter im Nanometer-Maßstab könnten neue Wege für die Computertechnik eröffnen. So haben Forscher des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) mit internationalen Kollegen gezeigt, wie sich ein solches Gitter aus Metall bei Raumtemperatur zuverlässig programmieren lässt. Sie fanden zudem heraus, dass bei jedem Loch („Antidot“) drei magnetische Zustände einstellbar sind. Die Ergebnisse wurden in „Scientific Reports“ publiziert.
Antidot-Gitter aus Kobalt
Die Forscher haben mittels eines photolithographischen Prozesses eine spezielle Gitterstruktur hergestellt, wie sie auch in Chipfabriken benutzt wird. Im Ergebnis entstanden je etwa 250 Nanometer (Millionstel Millimeter) große Antidots, die sich in regelmäßigen Abständen – mit jeweils 150 Nanometer breiten Zwischenräumen – in der Schicht anordneten. Dabei achteten die Spezialisten aus Singapur gemäß den Entwürfen aus Dresden darauf, dass das Metall-Netz ungefähr 50 Nanometer dünn ist, damit es stabil programmierbar wird.
In diesen besonderen Abmessungen zeigte das Antidot-Gitter aus Kobalt interessante Eigenschaften: Das Team fand heraus, dass sich mit Hilfe eines von außen angelegten, magnetischen Feldes drei verschiedene magnetische Zustände um jedes Loch herum einstellen lassen. Die Wissenschaftler nennen diese Zustände „G“, „C“ und „Q“. „Die Antidots sind jetzt weltweit sehr populär in der Forschergemeinde. Durch die Optimierung der Antidot-Geometrie konnten wir zeigen, dass sich die Spins, also die magnetischen Momente der Elektronen, rund um die Löcher zuverlässig programmieren lassen“, so HZDR-Forschungsleiter Rantej Bali.
Breites Anwendungsspektrum
Da die einzelnen programmierbaren Löcher in einer magnetischen Metallschicht liegen, hat die Gitter-Geometrie das Potenzial für Computer, die mit Spinwellen statt mit elektrischem Strom arbeiten. „Spinwellen kann man sich ähnlich wie La-Ola-Wellen in einem Fußballstadion vorstellen. Die Welle pflanzt sich zwar durch das Stadion fort, die einzelnen Zuschauer, in unserem Fall die Elektronen, aber bleiben auf ihren Sitzplätzen“, erläutert Bali. Solche Spinwellen-Logikchips dürften weit weniger Strom verbrauchen als heutige Prozessoren, da keine elektrischen Ströme fließen müssen.
„Unsere Lochgitter könnten auch Bausteine für künftige Schaltkreise sein, die mit Spinwellen-Logik arbeiten“, umreißt Bali mögliche Anwendungsbereiche. Welche Dynamik die Spinwellen in solchen Lochgittern entwickeln, will nun der Physikdoktorand Tobias Schneider näher untersuchen. Er beteiligt sich an der Entwicklung spezieller Computer-Programme, mit denen die komplexe Berechnung der Magnetzustände in einem Lochgitter möglich wird.
Quelle: Pressetext, Foto: © HZDR
