Wissenschaftler erforschen mit neuen Methoden Magnetismus auf atomarer Ebene

IBM Wissenschaftler haben eine leistungsstarke, neue Verfahrenstechnik für die Erkundung und Steuerung des Magnetismus auf einer fundamentalen atomaren Ebene entwickelt.

Die neue Methode verspricht, ein wichtiges Werkzeug zu werden - nicht nur in der Suche nach besserem Verständnis im Betrieb künftiger Computer Schaltkreise und Speicherelemente, die zunehmend in Richtung atomarer Dimensionen schrumpfen, sondern auch um das Fundament für neue Materialien und Compute-Devices zu schaffen, die magnetische Phänomene auf der Größenordnung atomarer Vorgänge nützen können.

"Wir haben ein Fenster zum atomaren Kern des Magnetismus geöffnet", sagt Andreas Heinrich, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien. "Wir können jetzt innerhalb präzise entworfener Strukturen Atome positionieren und dann ihre magnetischen Wechselwirkungen messen und steuern."

Die neue Methode, genannt Spin-Excitation-Spektroskopie, oder Spin-Anregungs-Spektroskopie, setzt das von IBM entwickelte Niedrigtemperatur-Scanning-Tunnelmikroskop ein, das für den Einsatz in einer großen Bandbreite magnetischer Felder - bis hin zum 140000 fachen des Erdmagnetfelds - geschaffen wurde.

"Diese Art der Forschung ist essentiell für die langfristige Zukunft der Computer-Industrie", sagt Gian-Luca Bona, Manager für Wissenschaft und Technologie bei IBM in Almaden. "Irgendwann in den nächsten Jahrzehnten wird es praktisch unmöglich sein, die Verbesserung von Transistoren und anderen traditionellen Mikroelektronik-Schaltkreiselementen fortzuführen, indem man sie einfach kleiner macht. Wir brauchen dazu alternative Strukturen und vielleicht eine andere Art von Computing. Techniken wie die jetzt entwickelte helfen möglicherweise dabei, das Wissen zu schaffen, um diese Alternativen zu entwickeln".

Zusätzlich zur Erforschung der fundamentalen Eigenschaften magnetischer Materialien, erwarten IBM Forscher den Einsatz dieser neuen Technik zukünftig auch für:

- die Erforschung der Grenzen magnetischer Datenspeicherung, indem der Energieaufwand ermittelt wird, der benötigt wird um die gemeinsame magnetische Ausrichtung einer sehr kleinen Zahl magnetisch miteinander verbundenen Atome umzudrehen

- die Ermittlung der Machbarkeit spin-basierter Verbindungen und einer Spin-Version der Molekularbewegungskaskade, einem Ergebnis, das die Forschergruppe 2002 erreichte. Dabei war ein Molekülarrangement geschaffen worden, das einen arbeitenden Computerschaltkreis bildete, der 260.000 fach kleiner war als sein entsprechendes Pendant in konventionellem Silizium-Design - oder circa 50 Jahre dem Tempo von Moore's Law voraus, was die Verkleinerung von Schaltkreisen angeht.

- die Untersuchung, wie Spin-Wechselwirkungen bei Quantencomputersystemen angewendet werden könnten. (hal)

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