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Flotte Flips


Forscher entdeckten einen neuartigen magnetischen Prozess, der sie von einer extrem schnellen Speicherung von Daten träumen lässt.


In magnetisierbaren Datenspeichern wie den Festplatten in PCs werden Bits deponiert, indem die magnetischen Momente von Atomen speziell ausgerichtet werden: So steht eine parallele Orientierung für eine digitale „1“, eine antiparallel Ausrichtung für eine „0“. Für die Verarbeitung großer Datenmengen ist es wichtig, dass sich die Daten möglichst schnell in den Speicher schreiben und wieder auslesen lassen. Dafür entscheidend ist ein quantenmechanischer Effekt, den Physiker als Austauschwechselwirkung bezeichnen. Er sorgt für Ordnung unter den atomaren magnetischen Momenten. Ein ungewöhnlicher Mechanismus könnte den Datenaustausch mit Speichermedien durch magnetisches Umordnen erheblich beschleunigen.

Was während der Zeit, bis die Austauschwechselwirkung einsetzt, mikroskopisch in dem Material geschieht, war bislang weitgehend unbekannt. Einem internationalen Team von niederländischen, amerikanischen und deutschen Wissenschaftlern ist es nun gelungen, diese Vorgänge detailliert unter die Lupe zu nehmen. Sie nutzten dazu experimentelle Einrichtungen am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB). Die Forscher beschossen eine Probe aus einer metallischen Legierung aus Gadolinium, Eisen und Kobalt mit ultrakurzen Laserpulsen, die die Ordnung der zunächst antiparallel ausgerichteten magnetischen Momente in dem Werkstoff durcheinander brachten. Anschließend beobachteten sie mithilfe speziell präparierter Röntgenblitze, wie die atomaren Magnete der verschiedenen chemischen Elemente in der Legierung auf die Störung reagierten.

Das für die Wissenschaftler überraschende Resultat: Die Magnetisierung der Eisen-Atome kehrt sich in nur etwa 300 Femtosekunden (Billiardstel Sekunden) um – und benötigte damit nur ein Fünftel so lange wie der entsprechende „Flip“ der Gadolinium-Atome. Dadurch wiesen alle magnetischen Momente kurze Zeit in die gleiche Richtung – und das Material war stark magnetisiert. Die Forscher glauben, dass sich der zuvor unbekannte blitzhafte physikalische Prozess künftig in extrem schnellen Speichermedien nutzen lässt. Diese könnten sich damit rund 1000 Mal flinker mit Daten beschreiben und auslesen lassen als heute gebräuchliche Magnetspeicher.

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