Spintronik: Effizientes Materialsystem für die wärmeunterstützte Datenspeicherung
Die Membran besitzt Poren im Abstand von 105 Nanometern, die als Haftstellen für die magnetischen Domänenwände wirken. © HZB
Auf der Membran liegt eine extrem dünne Schicht aus Dysprosium-Kobalt (grün). Die magnetischen Momente des DyCo5-Films ragen senkrecht aus der Ebene heraus. Durch ein äußeres Magnetfeld lassen sie sich nicht umorientieren, Daten sind so stabil gespeichert. Mit einem Laser könnte ein einzelnes Bit lokal erwärmt werden. © HZB
Dabei genügt eine Erwärmung auf nur ca 80 Grad Celsius, um das magnetische Moment in die Ebene zu kippen. Nach dem Abkühlen bleibt dieses Moment in der Ebene, bis es durch einen Schreibkopf neu ausgerichtet wird. © HZB
Ein HZB-Team hat Dünnschichten aus Dysprosium-Kobalt über einer nanostrukturierten Membran an BESSY II untersucht. Sie zeigten, dass eine Erwärmung auf nur 80 Grad Celsius ausreicht, um die Magnetisierung von winzigen Nano-Regionen neu auszurichten. Dies ist weit weniger als bislang für die wärmeunterstützte magnetische Datenspeicherung (Heat Assisted Magnetic Recording) nötig war. Ziel dieser Forschung sind schnelle und energieeffiziente Datenspeicher, die mehr Informationen auf kleinster Fläche speichern. Die Ergebnisse sind in dem neuen Fachjournal Physical Review Applied veröffentlicht.
Nun hat jedoch ein HZB-Team ein neues Materialsystem aus Dysprosium und Kobalt untersucht, das gleich mehrere Vorteile verspricht: deutlich niedrigere Schreibtemperatur, höhere Stabilität der magnetischen Bits und bessere Kontrolle der Spin-Ausrichtung in den einzelnen magnetischen Bits. Sie sputterten dafür einen extrem dünnen Film aus DyCo5 über einer nanostrukturierten Membran auf. Die Membran wurde von Kooperationspartnern vom Institut für Materialwissenschaften, Madrid, hergestellt. Sie besitzt Poren mit Durchmessern von 68 Nanometern, die in einem Wabenmuster im Abstand von 105 Nanometern angeordnet sind. Die Nanoporen wirken als Haftstellen für die magnetischen Domänen und stabilisieren sie. Die magnetischen Momente sind senkrecht zur Ebene ausgerichtet und stabil gegenüber äußeren Magnetfeldern, lassen sich also nicht einfach überschreiben.
Überschreiben ist energieeffizient und schnell
Der HZB-Physiker Dr. Jaime Sánchez-Barriga und sein Team zeigten nun, dass in diesem System eine Erwärmung auf nur 80 Grad Celsius ausreicht, um die lokalen magnetischen Momente um 90 Grad zu kippen, so dass sie parallel zur Ebene ausgerichtet sind. Mit Messungen am PEEM und am XMCD-Messplatz konnte die Gruppe die lokale Ausrichtung der magnetischen Signale vor, während und nach der Erwärmung präzise kartieren. Nach dem Abkühlen lassen sich die magnetischen Domänen mit einem magnetischen Schreibkopf neu überschreiben. „Dieser Prozess ist in DyCo5 sehr energieeffizient und schnell“, stellt Dr. Florin Radu, Ko-Autor der Studie, fest. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es alternative HAMR-Kandidaten gibt, die für die Datenspeicherung deutlich weniger Energie benötigen und außerdem weitere Vorteile besitzen“, sagt Sánchez-Barriga.
Zur Publikation:Ferrimagnetic DyCo5 nanostructures for bits in heat-assisted magnetic recording. A. A. Ünal, S. Valencia, F. Radu, D. Marchenko, K. J. Merazzo, M. Vázquez, and J. Sánchez-Barriga, Phys. Rev. Applied 5, 064007
Doi: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevApplied.5.064007
- Neue Option, um Eigenschaften von Seltenerd-Elementen zu kontrollierenDie besonderen Eigenschaften von magnetischen Materialien aus der Gruppe der Seltenen Erden gehen auf Elektronen in der 4f-Schale zurück. Bislang galten die magnetischen Eigenschaften der 4f-Elektronen als kaum kontrollierbar. Nun hat ein Team von HZB, der Freien Universität Berlin und weiteren Einrichtungen erstmals gezeigt, dass durch Laserpulse 4f-Elektronen beeinflusst – und damit deren magnetische Eigenschaften verändert werden können. Die Entdeckung, die durch Experimente am EuXFEL und FLASH gelang, weist einen neuen Weg zu Datenspeichern mit Seltenen Erden.
- BESSY II zeigt, wie sich Feststoffbatterien zersetzenFeststoffbatterien können mehr Energie speichern und sind sicherer als Batterien mit flüssigen Elektrolyten. Allerdings halten sie nicht so lange und ihre Kapazität nimmt mit jedem Ladezyklus ab. Doch das muss nicht so bleiben: Forscherinnen und Forscher sind den Ursachen bereits auf der Spur. In der Fachzeitschrift ACS Energy Letters stellt ein Team des HZB und der Justus-Liebig-Universität Gießen eine neue Methode vor, um elektrochemische Reaktionen während des Betriebs einer Feststoffbatterie mit Photoelektronenspektroskopie an BESSY II genau zu verfolgen. Die Ergebnisse helfen, Batteriematerialien und -design zu verbessern.
- HZB-Magazin lichtblick - die neue Ausgabe ist da!Auf der Suche nach dem perfekten Katalysator bekommt HZB-Forscher Robert Seidel nun Rückenwind – durch einen hochkarätigen ERC Consolidator Grant. In der Titelgeschichte stellen wir vor, warum die Röntgenquelle BESSY II für sein Vorhaben eine wichtige Rolle spielt.