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Dem Magnetismus aufs Atom geschaut

Wissenschaftlern der Universität Hamburg und des Forschungszentrums Jülich ist es gelungen, Magnetismus auf atomarer Skala sichtbar zu machen. Die Wissenschaftler untersuchten eine antiferromagnetische Probe mit einem so genannten spinpolarisierten Rastertunnelmikroskop (SP-STM) – mit Hilfe einer aufwendigen Computersimulation hatten die Jülicher Forscher vorhergesagt, dass es möglich ist, die magnetische Struktur der Probe mit atomarer Auflösung abzubilden, wenn man das SP-STM in einem speziellen Arbeitsmodus betreibt.

Mit der jetzt vorgestellten Methode ist es möglich, eine ganze Reihe mehr oder weniger exotischer magnetischer Strukturen "auf atomarer Ebene zu entziffern": Antiferromagnetismus, helikaler Magnetismus, Spin-Dichte-Wellen oder allgemeiner nicht-kollinearer Magnetimus sind Phänomene, die in modernen magnetischen Bauelementen der Spintronik, Spinelektronik und Magnetoelektronik eine bedeutende Rolle spielen – beispielsweise in Lese-/Schreibköpfen von Festplatten oder magnetischen RAMs. Das physikalische Verständnis dieser Phänomene ist immer noch gering, da die meisten dieser komplexen Spinstrukturen vom makroskopischen Standpunkt keine Magnetisierung zeigen und deshalb unmagnetisch erscheinen – ein Verständnis dieser Phänomene würde aber möglicherweise die Konstruktion völlig neuer magnetischer und elektronischer "Zwitterbauelemente" ermöglichen.

Seit mehreren Jahren ist es möglich, magnetische Strukturen mit einer Auflösung von einigen zehn bis zu einigen hundert Nanometern aufzulösen – beispielsweise mit der magnetischen Rasterkraftmikroskopie (MFM). Um zu noch höheren Auflösungen zu gelangen, war es bisher notwendig, zu sehr viel aufwendigeren Methoden zu greifen.

Eines Tages hoffen die Forscher, jedes einzelne Atom ansteuern, auslesen und seine magnetische Ausrichtung gezielt verändern zu können. Dann könnte jedes Atom genau ein Bit an Information speichern. Dies würde einen gigantischen Fortschritt bei der Speicherkapazität von Computerfestplatten bedeuten. Zum Vergleich: Auf heutigen Festplatten wird ein Bit durch einen magnetisierten Bereich auf der Festplatte dargestellt, der rund 100.000.000 Atome umfasst. Könnte jedes einzelne Atom ein Bit speichern, würde die Speicherkapazität der Festplatte hundertmillionenfach gesteigert. (wst)

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