Mysteriöse magnetische Selbstorganisation

Der Trick liegt in der Struktur: Statt mit dem heute üblichen Lithografieverfahren werden die Speicherschichten aus einer Eisen-Platin-Verbindung im sogenannten MBE-Dünnschichtverfahren auf den Wafer aufgedampft. (MBE: molecular beam epitaxy) Durch einen noch nicht vollständig verstandenen Prozess der Selbstorganisation bilden sich „quantum dots“. Das sind winzige Atominseln, die durch magnetische Ausrichtung jeweils ein Bit an Information speichern können. Die Wissenschaftler der TU Dresden vermuten, dass die Selbstorganisation aufgrund einer mechanischen Spannung der nur wenige Atomlagen dicken Schicht auf dem Trägermaterial auftritt.

Die Vorgänge bei der Entstehung solcher Inseln werden im Rahmen des EU-Projekts MagDot mathematisch simuliert. Die Forscher wollen herausfinden, was die treibenden Faktoren sind, die die Anordnung der quantum dots beeinflussen. Bisher ist es noch nicht gelungen, regelmäßige Quantenpunktstrukturen herzustellen.

Die Simulation durch diskrete Modelle reicht für die komplexe Betrachtung der Selbstorganisation nicht aus. Schließlich will man einerseits verstehen, wie sich die einzelnen Atome verhalten. Andererseits wollen die Forscher auch herausfinden, wie die Atome auf der vergleichsweise großen Substratfläche interagieren und sich zu Inseln anordnen. Das sei quasi ein Multiskalenproblem, so die TU Dresden.

Die Wissenschaftler versuchen es mit diskret kontinuierlichen Rechenmodellen, die skalenübergreifend miteinander kombiniert werden. Die enorme Rechenleistung für solche Simulationen stellt das universitätseigene Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen zur Verfügung. Die simulierten Daten werden mithilfe von Rastertunnel- und Transmissions-Elektronenmikroskopen experimentell überprüft. Die Forscher wollen verstehen, was die Ausbildung von quantum dots beeinflusst, um so letztendlich eine regelmäßige gitterförmige Anordnung zu erreichen.

Vom 23. - 25. Juli findet am Institut für Wissenschaftliches Rechnen der TU Dresden eine Tagung zu diesem Thema statt. Interessierte Gäste sind herzlich eingeladen. (dsc)