Bisher basiert unsere gesamte Elektronik auf dem Transport von elektrischen Ladungsträgern. In dem sich Elektronen auf Speicherchips bewegen, übermitteln sie Informationen vom Prozessor zur Festplatte und speichern Informationen auf Flash-Drives. Magnetische Speicher könnten diese Technik in Zukunft allerdings ablösen und damit die Informationstechnolgie nachhaltig prägen. Die Technische Universität Wien betreibt seit Jahren ein erfolgreiches Forschungsprogramm in dem Bereich. Diese Woche wurde dort nun ein neues Christian Doppler Labor eröffnet, das sich mit der Entwicklung von magnetischen Speichertechnologien beschäftigt.
Neues Labor zur Erforschung magnetischer Speichertechnologien
Das neue Labor wurde durch die Unterstützung des Bundesministeriums für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort sowie des Industriepartners Silvaco. Dr. Margarete Schramböck, Bundesministerin für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort teilte in einer Pressemitteilung mit, „dass Speicherbauteile kontinuierlich immer kleiner werden, war und ist eine der treibenden Kräfte der Digitalisierung “sind. „Nun stoßen herkömmliche Technologien an Grenzen der Miniaturisierung und neue Ideen sind gefragt. Das neue CD-Labor wird dazu einen wichtigen Beitrag leisten, indem es die Grundlagen möglicher Alternativen erforschen und das neue Wissen für Unternehmen nutzbar machen wird“, erklärte sie weiter.
Magnettechnologie mit Spin
Die neuen Speichertechnologien nutzen hierbei eine besondere Eigenschaft von Teilchen. Quententheoretisch betrachtet besitzt ein Teilchen nicht nur eine elektrische Ladung, sondern auch über einen sogenannten Spin. Spin bezeichnet den Eigendrehimpuls eines Teilchens, ähnlich wie bei einem Ball oder Planeten, die sich um die eigene Achse drehen. „Der Spin hängt eng mit Magnetismus zusammen. Er lässt sich mit Magnetfeldern beeinflussen“, erklärt Dr. Viktor Sverdlov, Leiter des neuen Christian Doppler Labors. „Ähnlich wie man Information speichern kann, indem man an bestimmten Punkten unterschiedliche elektrische Ladung anbringt, kann man auch Information speichern, indem man an bestimmten Punkten für unterschiedlichen Spin sorgt“, ergänzt der Forscher vom Institut für Mikroelektronik der TU Wien.
Magnetische Speicher sind sicherer und schneller
Ein magnetischer Speicher hat gegenüber elektrischen Speichertechnologien entscheidende Vorteile. Ein elektronischer Speicher muss beispielsweise hunderte Male pro Sekunde neu geladen werden, damit die Information erhalten bleibt. Dieser sogenannte „Memory Refresh“ verbraucht zur bloßen Aufrechterhaltung der gespeicherten Informationen Energie. Anders bei magnetischen Speichern, die spin-basiert sind und dadurch Informationen ohne Aktualisierung speichern können. Das spart Energie und kann „positive Auswirkungen auf die Geschwindigkeit der Geräte haben“, sagt Viktor Sverdlov. „Man müsste dann zum Beispiel einen Computer nicht mehr mühsam hochfahren, man könnte seinen Speicherzustand einfach aufbewahren und nach dem Einschalten sofort genau dort weitermachen, wo man aufgehört hat.“ Auch Langzeitspeicher, wie USB-Flash-Drives, könnten mit magnetische Speichertechnologien noch stabiler und dabei schneller werden.
Fortschritt durch Koorperation
Für die Produktion von erforscht das Team von Viktor Sverdlov zunächst anhand einer eigens entwickelten Computersoftware die grundlegenden Fragen zu spin-basierten Speichertechnologien. Die Software simuliert und testet neuartige elektronische Bauteile, um sie besser weiterentwickeln zu können. Dabei werden die Wechselwirkungen zwischen magnetischen Feldern und Spins für unterschiedliche Materialien im Nanometer-Bereich untersucht. Die Wechselwirkungen von Spins und magnetischen Feldern werden für verschiedene Materialien in Größenordnungen von wenigen Nanometern genau untersucht. „Wir haben schon sehr viel Expertise auf diesem Gebiet. Gemeinsam mit unserem Industriepartner Silvaco werden wir die Forschung über stabile Magnet-Speichertechnologien einen wichtigen Schritt nach vorne bringen“, sagte Viktor Sverdlov abschließend.