Neuer Schwung für Festplatten

News: Neuer Schwung für Festplatten

Im Herzen der meisten PCs befindet sich eine kleine Spule, welche die magnetisch kodierten Daten auf einer Festplatte entschlüsselt, indem sie jedes Bit an Informationen in elektrische Spannung umwandelt, die vom Computer verarbeitet wird. Einige Festplatten mit extrem hoher Datendichte nutzen dagegen einen viel kleineren Detektor, eine Art magnetisches Sandwich, das als spin-valve bezeichnet wird. Doch erst jetzt konnten Wissenschaftler das Gerät so modifizieren, daß es auch bei Raumtemperatur arbeitet.

In Science vom 17. Juli 1998 berichten Forscher, daß sie einen spin-valve-Transistor konstruiert haben, der noch empfindlicher als die derzeitigen Geräte ist, und im Gegensatz zu diesen auch bei Raumtemperatur funktioniert.

Ein spin-valve (Spin-Ventil) kann sehr geringe magnetische Felder wahrnehmen, da sein elektrischer Widerstand in Abhängigkeit von der Feldstärke sinkt. Das funktioniert folgendermaßen: Wenn Elektronen durch einen Leiter fließen, hat etwa die Hälfte von ihnen einen aufwärts gerichteten Spin, bei der anderen Hälfte ist er abwärts gerichtet. Elektronen, deren Spin parallel zum Spin der Atome in den magnetischen Schichten des spin valve liegt, werden weniger stark gestreut als Elektronen mit entgegengesetztem Spin. In einem spin valve fließt folglich immer weniger Strom durch die einzelnen Schichten. In einem magnetischen Feld – wie es zum Beispiel zur Datenspeicherung in Festplatten verwandt wird – richten sich jedoch alle Atomspins im Detektor aus. Als Folge ist der Widerstand verringert und der Stromfluß erhöht.

Im Jahre 1995 bauten Douwe Monsma von der University of Twente in Enschede, Niederlande, und seine Mitarbeiter ein spin-valve zu einem Transitor um, der sehr empfindlich auf Veränderungen der magnetischen Feldstärke reagiert. Sie setzten es zwischen zwei Silicium-Elektroden, von denen eine als Emitter sogenannte "heiße" Elektronen abgab. Diese Elektronen hoher Energie wanderten durch das spin valve hindurch zu der anderen Silicium-Elektrode, dem Kollektor. Fließt der Strom rechtwinklig zu den magnetischen Schichten, müssen die Elektronen auch wirklich jede einzelne von ihnen durchlaufen. Dadurch reagieren sie empfindlicher für Schwankungen des Magnetfeldes, erklärt Monsma. Das Gerät war bisher jedoch recht unpraktisch: Es funktionierte nur bei 77 Grad über dem absoluten Nullpunkt, weil die Bewegung der Atome bei diesen Temperaturen einschränkt ist.

Monsmas Team hat inzwischen einige Verbesserungen eingebracht, durch welche der Transistor auch bei Raumtemperatur arbeiten kann. Indem Sie die Silicium-Kupfer-Fläche zwischen dem Emitter und dem spin valve durch Silicium-Kobalt ersetzten, konnten die Forscher energiereichere Elektronen bei Raumtemperatur produzieren. Sie haben darüber hinaus die Größe des Gerätes auf 300 Mikrometer Kantenlänge verringert, wodurch es noch effizienter wurde.