Ein Skyrmion kann man sich als einen magnetischen zweidimensionalen Knoten vorstellen, bei dem sich die magnetischen Momente mit einem einheitlichen Drehsinn innerhalb einer Ebene um 360° drehen.
Prof. R. Wiesen-danger, Universität Hamburg
Damit die digitale Welt nichts vergisst, wird alles gespeichert. Weil aber die herkömmliche magnetische Speichertechnik in Kürze an ihre physikalische Grenze stößt, erproben Forscher Datenspeicher mit Skyrmionen. Das sind magnetische Nano-Knoten, die schneller und effizienter arbeiten.
Wer sich die Entwicklung der Elektronischen Datenverarbeitung der vergangenen Jahre anschaut, stellt fest, mit der Datenhunger steigt überproportional mit der Verarbeitungsgeschwindigkeit. Mit welchem Selbstverständnis die Industrie immer leistungsfähigere Systeme forderte, beschreibt Springer-Autor Helmut Schröder in seinem Buch „EDV-Pionierleistungen bei komplexen Anwendungen“. Schon immer war das Speichern digitale Daten eine Herausforderung für IT-Entwickler.
Mit der Erfindung magnetischer Speichertechniken konnten die Ingenieure den Bedarf lange erfüllen. Doch mit dem Streben nach immer kompakteren elektronischen Geräten mit gleichzeitig immer höherer Speicherdichte stößt diese herkömmliche Speichertechnik bald an ihre physikalische Grenze.
Grenzen konventioneller Datenspeicher
In den bisher verwendeten konventionellen Speichern bestehen die magnetischen Bits, ähnlich wie klassische Stabmagnete, aus vielen Atomen mit einer parallelen Anordnung ihrer magnetischen Momente und können entsprechend ihrer magnetischen Ausrichtung die für die Informationstechnologie wichtigen Werte „1“ und „0“ darstellen. Durch die stetige Miniaturisierung findet aufgrund des magnetischen Streufeldes eine zunehmend stärkere Wechselwirkung zwischen benachbarten Bits statt, was zu Datenverlust führen kann. Zudem sind kleine magnetische Bits gegenüber thermischen Fluktuationen nicht besonders stabil, was auch als superparamagnetisches Limit bezeichnet wird.
Skyrmionen: Die Superspeichertechnik
Ein Ausweg aus dieser Sackgasse könnte die Verwendung „robusterer“ magnetischer Strukturen wie Skyrmionen sein. Diese Strukturen kann man sich bildlich als einen zweidimensionalen Knoten vorstellen bei dem sich die magnetischen Momente mit einem einheitlichen Drehsinn innerhalb einer Ebene um 360° drehen. Diese magnetischen Knoten haben Teilchencharakter und man kann ihnen eine Art Ladung – die topologische Ladung – zuordnen, womit es möglich ist, mit einem Skyrmion den Bit-Zustand „1“ (es gibt ein Skyrmion) und „0“ (es gibt kein Skyrmion) darzustellen.