|
Bald 100 Millionen mal mehr Speicherkapazität auf der
Festplatte?
Das Experiment aus dem Physik-Unterricht ist bei Lehrern
beliebt und vielen Schülern gut in Erinnerung: Um
Magnetismus «sichtbar» zu machen, legt man Papier auf
einen Stabmagneten und schüttet Eisenspäne darauf. Wie von
Geisterhand geordnet, richten sich die kleinen Teilchen im
magnetischen Feld aus. Doch selbst der beste Physiklehrer
blieb die Antwort auf die Frage schuldig, wie Magnetismus
eigentlich funktioniert. Auch Teilchenforscher konnten
bis vor kurzem mit ihren raffinierten und aufwendigen
Methoden den Magnetismus nur indirekt nachweisen. Selbst
mit dem Blick durchs Rastertunnelmikroskop sah man dem
einzelnen Atom nicht an, wie es magnetisch wirkt.
«Das ist jetzt anders», berichtet Stefan Blügel vom Institut für
Festkörperforschung im Forschungszentrum Jülich in
Nordrhein-Westfalen. Vor kurzem ist es in Zusammenarbeit
mit Hamburger Forschern gelungen, «dass wir magnetische
Strukturen auf der atomaren Skala sehen konnten». Und das
geschah sogar bei antiferromagnetischen Elementen, die
besonders interessant für die
Datenspeicherung sind.
Der 44-jährige theoretische Physiker hatte zunächst ein
Modell dafür entwickelt, wie magnetische Muster auf der
atomaren Ebene aussehen könnten. Für jedes Atom gibt es
eine Ausrichtung - magnetisches Moment genannt. Bei
ferromagnetischen Atomen wie bestimmten Metallen zeigen
diese Momente wie Kompassnadeln alle in die gleiche
Richtung. Anders bei den antiferromagnetischen
Materialien: Hier gingen die Forscher bei extrem dünnen
Schichten davon aus, dass das magnetische Moment einer
Atomreihe entgegengesetzt dem Moment der jeweils
benachbarten Reihe ist. Eine solche Feststellung müsste in
einem speziell eingerichteten Rastertunnelmikroskop zu
sehen sein.
Nach extrem aufwendigen Simulationen an den Jülicher
Computern brauchte Blügel seinen Hamburger Kollegen nur
noch zu erklären, wie sie das Rastertunnelmikroskop
einzustellen haben. Und tatsächlich: In Hamburg wurde ein
Streifenmuster beobachtet. «Das beweist, dass von
Atomreihe zu Atomreihe jeweils entgegengesetzte
Ausrichtungen des magnetischen Moments bestehen», freut
sich der Wissenschaftler.
Im nächsten Schritt soll bewiesen werden, dass bei manchen
Materialien das magnetische Moment in jede beliebige
Richtung zeigen kann. Eines Tages könnte dann - so hoffen
die Forscher - jedes einzelne Atom angesteuert, ausgelesen
und seine magnetische Ausrichtung gezielt verändert werden.
Die praktische Auswirkung von Blügels theoretischer
Forschung wäre, dass jedes Atom genau ein Bit an
Informationen speichern könnte. Der Quantensprung in der
Speicherkapazität von Computerfestplatten wäre gigantisch.
Auf heutigen Festplatten benötigt ein Bit einen magnetisierten
Bereich von rund 100.000.000 Atomen. Könnte jedes einzelne
Atom eine Information speichern, wäre das ein Fortschritt in
der Dimension von 100 Millionen.
|
