Martin-Luther-Universität Hallenser Forscher entwickeln die Speicher der Zukunft

Schon mal von Skyrmionen gehört? In zehn Jahren kennt den Begriff vielleicht jeder. Denn Skyrmionen haben das Zeug, unsere Datenspeicher zu revolutionieren. Bei theoretischen Physikern sind sie jetzt schon Stars.

Frau mit Smartphone
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So wie bei Alexander Schäffer, der an der Martin- Luther Universität in Halle promoviert. Er arbeitet daran, Speichermedien kleiner, robuster und bis zu 1.000 Mal schneller zu machen. Und das alles mithilfe der neuen Promis der Physik, der Skyrmionen.

Alexander Schäffer promoviert an der Martin-Luther-Universität in Halle.
Bildrechte: Alexander Schaeffer

Das Besondere an diesen Quasiteilchen ist, dass sie sich in einem sehr stabilen, topologisch geschützten Zustand befinden und daher eine geringe Anfälligkeit gegenüber externen Einflüssen wie Temperaturen oder Erschütterungen aufweisen.

Alexander Schäffer

Und damit sind sie perfekt geeignet, um in den Festplatten der Zukunft eingesetzt zu werden, findet Alexander Schäffer.

Was sind das überhaupt für Teilchen, diese Skyrmionen?

Skyrmionen wurden bereits in den 1980er-Jahren entdeckt – und zwar von Tony Skyrme, nach dem sie auch benannt wurden. Es sind magnetische Wirbel, die sich wie Teilchen verhalten. Und dadurch sind sie für die Physiker so interessant. Denn ihre Eigenschaften lassen sich mit hochpräzisen Elektronenstrahlen gut verändern. Das ermöglicht die Speicherung von Daten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Speichermedien könnte das jedoch sehr viel schneller passieren – innerhalb von Pikosekunden, also dem billionsten Teil einer Sekunde. Damit ließen sich theoretisch tausendfach schnellere Geschwindigkeiten bei den  Speichermedien erreichen.

Schemata von Skyrmionen
Diese Skyrmionen sind zwar sehr stabil, lassen sich aber mithilfe von Elektronenstrahlen in ihrer Ausrichtung verändern. Daher könnten sie im binären System des Computers für die Zustände 1 und 0 stehen. Damit bieten sie sich für die Anwendung in Speichersystemen geradezu an. Unsere Festplatten der Zukunft könnten somit kleiner, schneller und vor allem stabiler werden. Bildrechte: Alexander Schaeffer
Skizze der Entstehung der Skyrmionen
Skyrmionen entstehen entweder spontan, oder sie müssen erzeugt werden. Dies geschieht mit Schichtsystemen, in denen sich magnetische Filme mit der Größe von einem Nanometer befinden. Zwischen Schwermetallen wie Platin oder Wolfram und einem Ferromagneten bilden sich dann bestimmte Wechselwirkungen, die ein Skyrmion entstehen lassen. Bildrechte: Alexander Schaeffer

An der Peripherie der Geräte müsste sich nicht allzu viel ändern, so Alexander Schäffer. Man könnte sich ein Bauteil vorstellen, auf dem Nanoplättchen mit Skyrmionen wie in heutigen Festplatten angeordnet sind, beschreibt es der Physiker. Die jeweiligen Zustände der  Skyrmionen würden dann mithilfe eines rotierenden Lese- bzw. Schreibkopfes geändert oder ausgelesen.

Wenn die  Überlegungen der Physiker korrekt sind, und alle anderen Voraussetzungen stimmen, könnten wir vielleicht in 15 bis 20 Jahren mit dieser Speichertechnologie auf Nanoebene arbeiten. Bis dahin haben die Forscher dann vielleicht sogar eine Möglichkeit gefunden, Skyrmionen auch auf USB-Sticks oder Speicherkarten zu nutzen. Platz wäre genug. Denn bereits jetzt geht Schäffer in seiner Publikation davon aus, dass rund sieben Milliarden Skyrmionen auf der Fläche einer Centmünze Platz finden - also umgerechnet rund ein GigaByte an Informationen. Theoretisch müsste man den Radius aber auf einige Nanometer verkleinern können, hofft der Physiker. Dann könnte man auf der gleichen Fläche acht Billionen Skyrmionen unterbringen - also etwa ein TeraByte.

Über das Thema Datenspeicher berichtete 3sat: nano | 14.02.2014 | 18:30 Uhr

Zuletzt aktualisiert: 06. Oktober 2017, 13:19 Uhr