Elektronen für kleinere Bits

News: Elektronen für kleinere Bits

Computer sollen nicht nur immer leistungsfähiger, sondern dabei möglichst auch kleiner werden. Doch weil die Daten nicht alle durcheinander geraten dürfen, ist zum Beispiel für Festplatten und Speicherchips mit der herkömmlichen Technik schon bald die Grenze erreicht. Wissenschaftler haben nun eine Hürde in Richtung eines hocheffizienten, dicht gepackten Speicherchip genommen. Sie stellen die Nullen und Einsen mit Hilfe von Elektronen dar und nutzen dabei den Umstand, dass diese einen Spin haben und als kleine Magneten wirken.

Die Festplatte eines Computers speichert Daten in Form von winzigen Magnetpunkten, welche die Nullen und Einsen auch dann erhalten, wenn der Rechner ausgeschaltet ist. Um eine Eins in eine Null umzuwandeln oder umgekehrt, muss sich die Ausrichtung der Mini-Magneten ändern. Das geschieht über einen Draht, der durch eine Spannung ein Magnetfeld induziert. Allerdings können die Bits bei dieser Methode nicht wesentlich kleiner werden und eine dichtere Packung ist auch kaum noch möglich, ohne das die Magnetpunkte durcheinander geraten.

Bob Buhrman, Jordan Katine und ihren Kollegen von der Cornell University in Ithaca, New York, haben nun eine Methode entwickelt, die mit Elektronen arbeitet. Die Forscher stellten Microchips mit magnetisierten Metallkissen her. Diese sind 50 Nanometer hoch und 100 Nanometer breit und enthalten zwei Schichten aus Cobalt, in deren Mitte sich eine Kupferschicht befindet. Die untere Cobaltschicht ist dicker als die obere. Um ein Bit zu schreiben, schicken die Wissenschaftler Elektronen durch die Kissen. Verläuft der Strom vom Fuß in die Spitze, können nur solche Elektronen in die obere, dünnere Schicht passieren, deren magnetische Orientierung zur unteren Schicht passen. Weil die Pole von hintereinander liegenden Magneten immer in die gleiche Richtung weisen, bewirken die Elektronen dabei, dass sich die obere Schicht magnetisch genau so ausrichtet, wie die untere. Schicken die Wissenschaftler den Strom in die umgekehrte Richtung, also von oben nach unten, kehrt sich der Effekt um: Die Magnetisierung der dünneren Schicht wechselt gegen die Polung der dickeren, unbeweglichen Schicht.

Um die Nullen und Einsen auszulesen, nutzen die Forscher einen kleineren Strom und messen den Widerstand der Kissen. Dieser ist höher, wenn sich die Magnetisierung der beiden Cobaltschichten voneinander unterscheidet. Die Wissenschaftler stellten ihre Ergebnisse am 21. März 2000 auf einer Tagung der American Physical Society vor.

Einige Hürden sind allerdings noch zu nehmen: Es schwierig, zwischen einer Null und einer Eins zu unterscheiden, weil die Differenzen zwischen den Widerständen sehr klein sind. Außerdem bleiben die Bits nur eine begrenzte Zeit in einem bestimmten Zustand bestehen.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 22.3.2000
"Kleine Körner für große Speicherkapazität"
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Spektrum Ticker vom 10.3.2000
"Mit 1000 Füßen in die Datenberge"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 5.5.1999
"Magnetspeicher weisen den Weg"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)

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