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Mikrowelle als Datenleitung

Unsere Welt besteht aus Atomen, die wiederum aus noch kleineren Teilchen bestehen. Eines davon ist das Elektron, das eine Eigendrehung besitzt, den sogenannten Elektronenspin. Ist die Drehrichtung aller Elektronen parallel ausgerichtet, ist das Material magnetisch – Eisen ist ein Beispiel dafür. In den allermeisten Datenspeichern – seien es konventionelle Festplatten oder Magnetbänder – wird heute noch das ferromagnetische Prinzip benutzt, wobei die Polarität für die Zustände „0“ und „1“ verantwortlich ist.

Forschern ist nach jahrelangen Versuchen gelungen, nun eine neue Art von magnetischen Datenspeichern vorzustellen.

Stellen wir uns einen Kreis von Stabmagneten vor, die bekanntlich einen Pluspol und einen Minuspol haben. Diese liegen in ihrer energetisch günstigsten Form so, dass an jeden Pluspol der nächste Magnet mit seinem Minuspol andockt. Legt man in diesen Kreis einen weiteren Kreis, wird sich das Schauspiel wiederholen, bis zur Mitte hin der Kreis so eng wird, dass die Magnete nach oben ausweichen und einen Hügel bilden.

Nimmt man hauchdünne ferromagnetische Metallscheiben passiert ähnliches. Wird eine Scheibe mit einer Dicke von 20 Nanometern und einem Durchmesser von 100 Nanometern gewählt, können sich die „Magnete“ im Zentrum sowohl nach oben als auch nach unten ausstülpen. Diese Eigenart ergibt zwei Zustände, wozu noch die „Drehung“ hinzukommt (je nachdem, ob ich den ersten Magneten mit Pluspol links oder Pluspol rechts lege, ist die Ausrichtung „linksherum“ oder „rechtsherum“) bekommt man 4 Zustände. Werden zwei dieser Scheiben übereinandergelegt, erhält man ein System, dass 16 Zustände (also vier Bit) an Informationen speichern kann.

Bisher war es schon gelungen, die Drehrichtung (Uhrzeigersinn, Gegenuhrzeigersinn) und die Kernorientierung (nach oben, nach unten) durch Ströme und Magnetfelder zu beeinflussen. Beim Auslesen der Kernorientierung, der sogenannten Polarität, war die Winzigkeit der Nanoscheiben-Türmchen, deren Höhe nur etwa dem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht, ein Problem. Nun haben Experten des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und des Forschungszentrums Jülich (FZJ) eine Lösung gefunden. Beim Anlegen von Gleichstrom an ein Türmchen erzeugt dieses charakteristische elektrische Wechselspannungssignale, bekannt als Mikrowellen. Diese Signale können benutzt werden, um die Drehrichtung und die Polarität zu bestimmen.

Nun können die Wissenschaftler Informationen speichern und auch zuverlässig auslesen. Die Speicherdichte soll mit der von heutigen Festplatten vergleichbar sein, die Schreib- und Lesegeschwindigkeit ist allerdings deutlich höher.