Nichtflüchtige magnetische Speicher

Magnetisches Schalten vereinfacht

Nichtflüchtige magnetische Speicher, MRAMs, gelten als vielversprechende Alternative zu vorherrschenden, elektrischen DRAMs oder SRAMs. Ein neu beschriebener physikalischer Effekt, das "Spin-Bahn-Drehmoment", könnte dazu beitragen, ihre Effizienz zu steigern und das Auslesen und Einschreiben der Daten zu vereinfachen. Das Ergebnis eines internationalen Forscherteams wurde in der renommierten Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" veröffentlicht (DOI:10.1038/NNANO.2013.145).

Arbeitsspeicher sind das Kurzzeitgedächtnis eines Computers. Sie speichern die aktuell benutzten Programme und Dateien in vielen winzigen Kondensatoren zwischen, die sich mit der Zeit elektrisch entladen. Damit keine Daten verloren gehen, müssen die Kondensatoren daher regelmäßig neu geladen werden. Das kostet nicht nur Energie und Zeit. Fällt der Strom überraschend aus, können die Informationen unwiederbringlich verloren gehen.

MRAMs (Magnetic Random Access Memories) speichern die Informationen dagegen in winzigen magnetischen Bereichen - schnell und ohne ständige Stromzufuhr. Trotzdem haben sich MRAMs bisher nicht auf breiter Front durchsetzen können, da ihre Speicherdichte noch zu gering ist, der Stromverbrauch zu hoch und sie aufgrund der aufwendigen Produktion schlicht zu teuer sind.

Das Einschreiben der Daten erfolgt bei MRAMs über spinpolarisierte Ströme, kurz: Spinströme. Sie beeinflussen den Spin, den Eigendrehimpuls der Elektronen, der Materialien ihre magnetischen Eigenschaften verleiht. Bisher ließen sie sich nur mit speziellen Filterstrukturen aus "normalem" elektrischem Strom herausfiltern. Das von Wissenschaftlern aus Jülich, Barcelona, Grenoble und Zürich aufgedeckte Spin-Bahn-Drehmoment könnte es dagegen ermöglichen, Spinströme gezielt direkt zu erzeugen. Das verringert den Platzbedarf, macht das System robuster und könnte die Produktion der Magnet-Chips vereinfachen.

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Spinstrom (blau) und Spinanhäufung (rot) erzeugen in Schichtsystemen aus Platin (unten) und Kobalt ein Drehmoment, das die Ausrichtung der magnetischen Momente in der Kobaltschicht beeinflusst (veranschaulicht durch den rot-grünen Stabmagneten). (Bild: Forschungszentrum Jülich)

Ergänzende Informationen zu den Ergebnissen der Wissenschaftler um Dr. Frank Freimuth vom Jülicher Peter Grünberg Institut und Institute for Advanced Simulation und Prof. Yuriy Mokrousov, Leiter der Jülicher Nachwuchsgruppe "Topologische Nanoelektronik", sind auf der Website des Peter Grünberg Instituts nachzulesen.

Originalveröffentlichung:
Symmetry and magnitude of spin-orbit torques in ferromagnetic heterostructures; K. Garello et al.; Nature Nanotechnology. Published online 28 July 2013; DOI:10.1038/NNANO.2013.145

Artikel:
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/pdf/nnano.2013.145.pdf

Weitere Informationen:
Institutsbereich "Quanten-Theorie der Materialien" (PGI-1/IAS-1):
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-1/DE/Home/home_node.html;jsessionid=2042EEF026C3BE21C6B297E64689DA45
Nachwuchsgruppe "Topologische Nanoelektronik":
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-1/DE/Forschung/NachwuchsgruppeMokrousov/artikel.html

Ansprechpartner:
Dr. Frank Freimuth, Quanten-Theorie der Materialien (PGI-1/IAS-1), f.freimuth@fz-juelich.de

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