Spintronik: Effizientes Materialsystem für die wärmeunterstützte Datenspeicherung

Die Membran besitzt Poren im Abstand von 105 Nanometern, die als Haftstellen für die magnetischen Domänenwände wirken. Bild: HZB

Ein HZB-Team hat Dünnschichten aus Dysprosium-Kobalt über einer nanostrukturierten Membran an BESSY II untersucht. Sie zeigten, dass eine Erwärmung auf nur 80 Grad Celsius ausreicht, um die Magnetisierung von winzigen Nano-Regionen neu auszurichten. Dies ist weit weniger als bislang für die wärmeunterstützte magnetische Datenspeicherung (Heat Assisted Magnetic Recording) nötig war.

Ziel dieser Forschung sind schnelle und energieeffiziente Datenspeicher, die mehr Informationen auf kleinster Fläche speichern. Die Ergebnisse sind in dem neuen Fachjournal Physical Review Applied veröffentlicht.

Neuartige Speichermedien sollen deutlich höhere Datendichten bieten. Deshalb sucht die Industrie nach Materialsystemen, in denen sich nanometergroße Bereiche noch stabil magnetisieren lassen. Um solche winzigen Regionen mit neuen Informationen zu überschreiben, müssen sie mit einem Laser lokal über die Curie-Temperatur erhitzt werden, die typischerweise bei mehreren hundert Grad Celsius liegt. Nach dem Abkühlen lässt sich die Region durch ein kleines externes Feld wieder neu ausrichten. Das Verfahren ist als wärmeunterstützte magnetische Aufzeichnung oder Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) bekannt. In der Industrieforschung arbeitet man bereits an Verbindungen aus Eisen und Platin für HAMR-Datenspeicher.

Auf der Membran liegt eine extrem dünne Schicht aus Dysprosium-Kobalt (grün). Die magnetischen Momente des DyCo5-Films ragen senkrecht aus der Ebene heraus. Bild: HZB

Nun hat jedoch ein HZB-Team ein neues Materialsystem aus Dysprosium und Kobalt untersucht, das gleich mehrere Vorteile verspricht: deutlich niedrigere Schreibtemperatur, höhere Stabilität der magnetischen Bits und bessere Kontrolle der Spin-Ausrichtung in den einzelnen magnetischen Bits. Sie sputterten dafür einen extrem dünnen Film aus DyCo5 über einer nanostrukturierten Membran auf. Die Membran wurde von Kooperationspartnern vom Institut für Materialwissenschaften, Madrid, hergestellt. Sie besitzt Poren mit Durchmessern von 68 Nanometern, die in einem Wabenmuster im Abstand von 105 Nanometern angeordnet sind. Die Nanoporen wirken als Haftstellen für die magnetischen Domänen und stabilisieren sie. Die magnetischen Momente sind senkrecht zur Ebene ausgerichtet und stabil gegenüber äußeren Magnetfeldern, lassen sich also nicht einfach überschreiben.
Der HZB-Physiker Dr. Jaime Sánchez-Barriga und sein Team zeigten nun, dass in diesem System eine Erwärmung auf nur 80 Grad Celsius ausreicht, um die lokalen magnetischen Momente um 90 Grad zu kippen, so dass sie parallel zur Ebene ausgerichtet sind. Mit Messungen am PEEM und am XMCD-Messplatz konnte die Gruppe die lokale Ausrichtung der magnetischen Signale vor, während und nach der Erwärmung präzise kartieren. Nach dem Abkühlen lassen sich die magnetischen Domänen mit einem magnetischen Schreibkopf neu überschreiben. „Dieser Prozess ist in DyCo5 sehr energieeffizient und schnell“, stellt Dr. Florin Radu, Ko-Autor der Studie, fest. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es alternative HAMR-Kandidaten gibt, die für die Datenspeicherung deutlich weniger Energie benötigen und außerdem weitere Vorteile besitzen“, sagt Sánchez-Barriga.

Literatur
Ferrimagnetic DyCo5 nanostructures for bits in heat-assisted magnetic recording. A. A. Ünal, S. Valencia, F. Radu, D. Marchenko, K. J. Merazzo, M. Vázquez, and J. Sánchez-Barriga
Doi: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevApplied.5.064007

Quelle
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH