Die Festplatten der Zukunft.

Bild von einer geöffneten Festplatte.
Bild von einer geöffneten Festplatte.

Ist Chromiodid das Material für neue Festplatten?

In modernen Festplatten können rotierende Scheiben mittlerweile rund ein Dutzend Terabyte speichern. Dabei wird die Magnetisierung der kleinen Speicherareale mit einem kleinen Elektromagneten geschaltet, der sich an der Spitze des Schreib- und Lesekopfes befindet. In Ithaka wurden nun amerikanische Physiker fündig, denn sie suchten nach neuen Materialien für zukünftige Datenspeicher. Die Wahl fiel auf die Verbindung mit Chromiodid. In der Zeitschrift „Nature Materials“, einer entsprechenden Fachzeitschrift, berichteten die Physiker bereits über ihre Entdeckung. Sie hatten es geschafft, die Magnetisierung von zweidimensionalen und dünnen Chromiodid-Schichten kontrollieren zu können – und dies allein mit elektrischen Feldern. Das Problem war bislang, dass die Schichten hierfür auf rund minus 223° Celsius abgekühlt werden mussten.

Festplatten der Zukunft: Die neue Erkenntnis
Neu an dieser Erkenntnis ist die Tatsache, dass ein Magnet auf eine elektrische Spannung reagiert. Laut Kin Fai Mak von der Cornell University in Ithaka gibt es eine solche Reaktion im Normalfall nicht. Bei der Verwendung von Chromiodid zeigte sich jedoch exakt ein solches Verhalten. Vorhanden war dieses Verhalten aber nur dann, wenn das Chromiodid in zwei sehr dünnen Schichten angeordnet wurde. Um das Chromiodid so anordnen zu können, lösten Mak und seine Kollegen eine Doppelschicht Chromiodid von einem Festkörper ab. Die abgeschälte Doppelschicht musste im Anschluss daran mit nur einer Atomlage aus dünnen und leitfähigen Schichten aus Graphen und Bornitrid umhüllt werden. Auf diese Weise erschufen die Wissenschaftler ein rund 40 Nanometer dünnes Sandwich. Mit einem Spektroskopie-verfahren konnten die Wissenschaftler die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Sandwich’s genauer untersuchen. Das magnetische Moment eines jeden Chrom-Atoms, welches sich im Chromiodid-Kristall befindet, konnte dank eines magnetoelektrischen Effekts von weniger als einem Volt pro Nanometer ausgerichtet werden – möglich war dies auch über kleine elektrische Felder. Zudem konnten die Wissenschaftler beobachten, dass sich die magnetischen Momente gegenseitig aufgehoben haben, da sie ohne Schaltspannung paarweise in die entgegengesetzte Richtung wiesen. In dieser Phase stellten die Wissenschaftler fest, dass die Doppelschicht Chromiodid antiferromagnetisch war. Kam es allerdings dazu, dass ein elektrisches Feld auf die Struktur wirkte, begannen alle magnetischen Momente, in die gleiche Richtung zu zeigen. So wechselte das Material automatisch in einen ferromagnetischen Zustand.

Wie können die Erkenntnisse genutzt werden?
Zwar sind die Erkenntnisse schön und gut, aber wie können diese nun auch genutzt werden? Hierbei muss erwähnt werden, dass der Wechsel zwischen ferromagnetisch und antiferromagnetisch sehr wertvoll ist, da er sich grundsätzlich zum Speichern von digitalen Daten verwenden lässt. Dieser Wechsel ist nur mit einer Chromiodid-Doppelschicht möglich. Die Wissenschaftler fanden nämlich heraus, dass dickere und dünnere Schichten diesen Wechsel nicht zeigten. Ist die Erkenntnis die Zukunft der neuen Festplatten? Theoretisch wäre es möglich, diese Technik für zukünftige Festplatten zu nutzen, dennoch wird eine elektrisch schaltbare Festplatte aus Chromiodid vermutlich doch nicht so bald kommen. Jedoch hätte sie den Vorteil, dass sie mit deutlich weniger Material auskommen würde als die heutigen Festplatten. Der wohl größte Nachteil ist die Tatsache, dass die Wissenschaftler den magnetoelektrischen Effekt nur bei Temperaturen zwischen -269 und -223° Celsius beobachten konnten. Die Wissenschaftler sind aus diesem Grund aktuell dabei, die Arbeitstemperatur so weit wie möglich zu steigern. Ziel sei demnach, die Temperatur bis hin zur Raumtemperatur steigern zu können. Erst dann wäre es schließlich überhaupt erst möglich, die neuen Erkenntnisse für die Produktion von modernen Festplatten mit weitaus weniger Material verwenden zu können.

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