Forscher lenken Magnete im atomaren Bereich

Van-der-Waals-Materialien: Diese sind aus mehreren Schichten aufgebaut (Illustration: mit.edu)

Cambridge (pte020/18.03.2024/11:30) - Auf dem Weg zu ultraschnellen und energieeffizienten Datenspeichern und Computern können Forscher des Massachusetts Institute of Technology ( https://www.mit.edu ) (MIT) nun einen Magneten bei Zimmertemperatur präzise umpolen, der nur wenige Atomlagen dick ist. Das Umpolen ist die Voraussetzung dafür, Magnete als Datenspeicher und Rechner zu nutzen. Südpol oben entspricht beispielsweise der digitalen "Eins", Südpol unten der digitalen "Null".

Zum Rechnen und Speichern

Das ist von entscheidender Bedeutung, da Magnete aus atomar dünnen Materialien in der Regel nur bei extrem kalten Temperaturen gesteuert werden können, was ihren Einsatz außerhalb eines Labors praktisch unmöglich macht. Die Forscher haben elektrische Stromimpulse genutzt, um die Richtung der Magnetisierung zu ändern. Magnetisches Schalten lässt sich für Berechnungen verwenden, so wie ein Transistor zwischen offen und geschlossen umschaltet, um den Binärcode darzustellen, oder eben als Datenspeicher. Die Magnete bestehen aus sogenannten Van-der-Waals-Materialien. Diese zeichnen sich durch die Ausbildung von sehr schwachen Kräften zwischen zwei Schichten des Materials aus.

Die Forscher nutzen eine grundlegende Eigenschaft von Elektronen - den Spin. Dadurch verhalten sich diese wie winzige Magnete. Durch Manipulation des Spins der Elektronen, die auf das Material treffen, lässt sich deren Magnetisierung umpolen. "Wir brauchen nur ein Zehntel des Stroms, um einen dieser winzigen Magnete umzupolen, verglichen mit klassischen magnetischen Bauelementen", sagt Deblina Sarkar, Assistenzprofessorin für Elektrotechnik am MIT Media Lab und Center for Neurobiological Engineering. "Unser Gerät ist sogar energieeffizienter als andere Van-der-Waals-Magnete, die sich nur bei extrem niedrigen Temperaturen umpolen lassen."

Von Natur aus geschichtet

Van-der-Waals-Materialien sind von Natur aus schichtweise aufgebaut und so strukturiert, dass die Oberfläche vollkommen glatt bleibt, selbst wenn Schichten entfernt werden, um dünnere Elemente herzustellen. Außerdem dringen die Atome einer Schicht nicht in andere Schichten ein, sodass die Materialien ihre einzigartigen Eigenschaften beibehalten, wenn sie in Geräten gestapelt werden. "Wenn es darum geht, diese magnetischen Geräte zu skalieren und für kommerzielle Anwendungen wettbewerbsfähig zu machen, sind Van-der-Waals-Materialien der richtige Weg", so Shivam Kajale, Doktorand in Sarkars Labor.

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