Durchbruch bei magnetischer Datenspeicherung dank neuem Material

Die täglich erzeugte Datenmenge übersteigt immer mehr die Speicherkapazitäten heutiger Festplatten. Um mit den stetig wachsenden Anforderungen Schritt zu halten, müssen bei der nächsten Festplattengeneration magnetische Materialien Einsatz kommen, deren Eigenschaften einfach zu manipulieren sind und somit eine höhere Speicherdichte und Effizienz ermöglichen.

Vor diesem Hintergrund wurde in zwei EU-finanzierten Forschungsprojekten ein solches Material entwickelt. Die magnetische Ordnung des neuen Perowskit-Materials kann durch Wärme einfach verändert werden, ohne dabei das Material an sich zu beschädigen.

Ein modifiziertes Material

Viele Energieforscher halten die Perowskit-Photovoltaik für eine kostengünstigere Alternative zu herkömmlichen Systemen auf Siliziumbasis. Allerdings weist die modifizierte Version des Perowskit-Materials, das von den Forschern der Projekte TOPOMAT und PICOPROP gemeinsam entwickelt wurde, im Gegensatz zu seinen anderen Formen einzigartige Eigenschaften auf, die es zum idealen Material für die nächste Festplattengeneration machen.

Im TOPOMAT-Projekt wurde die Grundlage für diesen Durchbruch geschaffen, indem erforscht wurde, welche potenziellen technologischen Anwendungen sich aus den grundlegenden physikalischen Eigenschaften topologischer Isolatoren ergeben. Topologische Isolatoren sind eine vor kurzem entdeckte Materialklasse mit einer großen Bandlücke und leitfähigen Oberfläche. Die Forscher des PICOPROP-Projekts konzentrierten sich wiederum auf die Besonderheiten des vor kurzem entdeckten Perowskit-Materials. Anhand der Ergebnisse dieser beiden Forschungsprojekte, die am Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz durchgeführt wurden, erkannten die Forscher, dass das neue Material aufgrund seiner einfach zu modifizierenden magnetischen Eigenschaften im Grunde den ersten magnetischen Photoleiter darstellt.

Eine Kombination von Eigenschaften

Diese besonderen Eigenschaften bedeuten einen wichtigen Durchbruch im Bereich der magnetischen Datenspeicherung. Da der Magnetismus eines Materials aus der Interaktion seiner gebundenen und frei beweglichen Elektronen entsteht, führen die beschriebenen Eigenschaften zu einer dauerhaften Magnetisierung, die nur durch Veränderung der Elektronenstruktur innerhalb der chemischen Struktur oder der Kristallstruktur des Materials aufgehoben werden kann. Solche Änderungen wirken sich allerdings auf die Zusammensetzung des selbst Materials aus, wodurch dessen Nutzen für die magnetische Datenspeicherung erheblich eingeschränkt wird.

Laut einem Artikel, der in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht wurde, wird diese Einschränkung bei dem neuen Perowskit-Material umgangen, indem die Vorteile von Ferromagneten, deren magnetische Momente in einer klar festgelegten Ordnung ausgerichtet sind, mit denen von Photoleitern, bei denen durch Lichteinstrahlung frei bewegliche Leitungselektronen mit hoher Dichte erzeugt werden, kombiniert werden.

Diese Kombination von Eigenschaften ermöglicht die Auflösung der Magnetisierung durch Photoelektronen (d. h. Elektronen, die vom Material bei Lichteinwirkung abgegeben werden). Die Folge ist, dass selbst schwaches Licht, beispielsweise von einer roten LED, ausreicht, um die magnetische Ordnung des Materials aufzulösen, sodass in hoher Dichte bewegliche Elektronen entstehen. Diese Elektronen können anschließend einfach, schnell und durchgehend manipuliert werden, indem lediglich die Stärke der Lichteinstrahlung verändert wird.

Maßgeblich für die nächste Festplattengeneration

Obwohl die Forschungsarbeit der Projekte noch nicht abgeschlossen ist, zeigen diese ersten Ergebnisse, dass das neue Material bei der Entwicklung der nächsten Generation von Festplatten mit hoher Kapazität und geringem Energieverbrauch maßgeblich sein wird. Laut einem der Forscher ist das Perowskit-Material entscheidend, um die Vorteile der magnetischer Speicherung – langfristige Stabilität, hohe Datendichte, nichtflüchtige Speicherung und Wiederbeschreibbarkeit – mit der hohen Lese- und Schreibgeschwindigkeit optischer Speicherverfahren verbinden zu können.

Weitere Informationen:
PICOPROP-Projektseite bei CORDIS
TOPOMAT-Projektseite bei CORDIS