Eindhoven (pte021/03.08.2020/11:30) – Forscher an der Technischen Universität Eindhoven http://tue.nl/en haben ein optisches Speicherverfahren entwickelt, das extrem schnell und dazu noch äußerst präzise ist. Als Lichtquelle dient ein Laser, der Blitze aussendet, die nur Billiardstel Sekunden lang sind. Die Ausrichtung der Spins dauert jeweils ein paar Billionstel Sekunden.

Speicher aus vier Schichten

Die Wissenschaftler hatten zunächst die Wahl zwischen der Mehrfach- und Einzelimpulsumschaltung. Bei der Mehrfachimpulsschaltung hängt die Ausrichtung des Spins von der Polarisation des Lichts ab. Dieser Mechanismus erfordert jedoch typischerweise mehrere Laser, was die Geschwindigkeit und Effizienz des Schreibens verlangsamt. Bei der anderen Variante wird der Spin grundsätzlich umgekehrt, auch dann, wenn die Richtung bereits stimmt.

Um wirklich Daten in den Speicher zu schreiben, muss also jedes Bit zunächst geprüft werden. Nur die, die falsch gepolt sind, werden dann vom Lichtblitz getroffen. Der vorgeschaltete Lesemechanismus verlangsamt auch dieses Verfahren. Den Forschern ist es nun gelungen, beide Bremsen zu lösen. Mit einem einzigen Laserblitz können sie die jeweils gewünschte Richtung der Spins erzeugen. Der Speicher hat vier Schichten. Die beiden oberen bestehen aus Gadolinium und Kobalt. Es folgt eine Kupferschicht. Den Abschluss nach unten bildet eine Kobalt-Nickel-Legierung. Die Gesamtdicke liegt bei weniger als 15 Nanometern.

Ausrichtung von Energie abhängig

Trifft der Laserblitz die obere Schicht, so entmagnetisiert sich diese in weniger als einer Billionstel Sekunde (Pikosekunde). Es folgt eine Wechselwirkung mit der unteren Schicht. Diese unterscheidet sich je nach der Energie, mit welcher der Laserblitz auftrifft. Wenn sie ein bestimmtes Niveau hat, führt die Wechselwirkung zu einer eindeutigen Ausrichtung des Spins in der Oberfläche – egal, ob er zuvor nach oben oder unten zeigte. Wenn der Blitz ein energetisch anderes Niveau hat, entsteht ein gegensätzlich ausgerichteter Spin. So lässt sich die aktive Schicht mit höchster Geschwindigkeit und Präzision beschreiben, meinen die Experten.