Pressemitteilung

Mit der richtigen Symmetrie zu stabileren Daten-Bits

Einem Team der Universität Hamburg in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich, und der niederländischen Universität Leiden ist es gelungen, ein Teilchen aus drei Eisenatomen mit weiteren Eisenatomen kontrolliert magnetisch zu koppeln. Wenn diese mit der richtigen Symmetrie angedockt werden, könnten sie als Daten-Bit für zukünftige Speicherelemente dienen. Dies berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe von Nature Communications.

Einen viel versprechenden Ansatz, um den Energieverbrauch von aktuellen Computerprozessoren einzudämmen, bietet die Spintronik. Bei dieser Technologie wird nicht die Ladung von Elektronen zur Datenverarbeitung genutzt, sondern deren magnetische Ausrichtung, der sogenannte Spin.

Ein Problem ist allerdings die Stabilität der magnetischen Ausrichtung dieser Spins, wenn sie als Daten-Bits genutzt werden sollen. Im Labor bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt um die minus 273 Grad Celsius bleibt sie relativ stabil. Erhöht man die Temperatur jedoch geringfügig, werden die Spins instabil.

Um Lösungen für dieses Problem zu finden, konstruierten die Hamburger Physiker zuerst ein magnetisches Daten-Bit aus drei Eisen-Atomen, das sie mit einem spinpolarisierten Rastertunnelmikroskop auf einer Platinoberfläche zusammenbauten.

Nachdem weitere Atome hinzugefügt wurden, war das ganze Gebilde überaschenderweise magnetisch weniger stabil. „Wir hatten angenommen, dass das Hinzufügen von Atomen ein Daten-Bit grundsätzlich stabiler macht“, sagt Dr. Jens Wiebe, der das Projekt in der Arbeitsgruppe von Prof. Roland Wiesendanger am Fachbereich Physik der Universität Hamburg leitet. „Das war hier erstaunlicherweise nicht der Fall. Wir experimentierten weiter und fanden, dass nur bei einer sehr symmetrischen räumlichen Anordnung der zusätzlichen Eisenatome um das dreiatomige Eisen-Teilchen das Daten-Bit wieder magnetisch stabil wurde und eine ungewöhnlich große Verlängerung der Lebenszeit der Spinzustände auftrat (siehe Abbildung). Die Symmetrie hat offenbar einen viel größeren Einfluss auf die magnetische Stabilität, als bisher angenommen.“

Solche magnetisch stabilen Anordnungen von Atomen auf einer Oberfläche wären vielversprechende Kandidaten für Bausteine in der Spintronik und für zukünftige Quantencomputer.

Hier ist das dreiatomigen Eisen-Teilchen (Hügel in der Mitte) auf der Platinoberfläche zu sehen, an das symmetrisch an drei Seiten jeweils zwei Eisenatome magnetisch angekoppelt sind (die drei Arme).
Foto: UHH/MIN/Wiebe

 

Original Veröffentlichung:

Stabilizing spin systems via symmetrically tailored RKKY interactions,
J. Hermenau, S. Brinker, M. Marciani, M. Steinbrecher, M. dos Santos Dias, R. Wiesendanger,
S. Lounis, and J. Wiebe,

Nature Communications 10, 2565 (2019).
DOI: 10.1038/s41467-019-10516-2

 

 

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Prof. h.c. Dr. h.c. Roland Wiesendanger
Fachbereich Physik
Universität Hamburg
Jungiusstr. 11a
20355 Hamburg

Tel: (0 40) / 42838 - 52 44
E-Mail: wiesendanger@physnet.uni-hamburg.de

 

 
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