Lead
Im Computer gespeicherte Dateien und Bilder, Musik und Videos bestehen aus Reihen von „0“ und „1“, digitale Bits und Bytes. Die heutige Informationstechnologie basiert auf unserer Möglichkeit, diese Informationen möglichst effizient zu Speichern und zu Lesen. Als nicht-flüchtiger Speicher wird oft die Richtung der Magnetisierung in kleinen magnetischen Bereichen verwendet. In diesem Projekt werden neuartige Materialien und Methoden für das schnelle und energieeffiziente Schalten nicht-flüchtiger magnetischer Speicher untersucht.

Lay summary

 

Das schnelle Voranschreiten der Miniaturisierung stellt zunehmend höhere Anforderungen an die Realisierung magnetische Speichermedien. Hierbei ist besonders das schnelle und energieeffiziente Schreiben der Information auf immer kleinere magnetische Bits eine grosse Herausforderung. Heute werden hierzu miniaturisierte Magnetspulen verwendet, welche sich aber nicht beliebig weiter verkleinern lassen und ausserdem nicht energiesparend arbeiten. Das vorliegende Projekt untersucht alternative Methoden um den Magnetisierungszustand zu schalten und benützt hierzu die direkte Injektion von spin-polarisierten Strömen in kleine magnetische Bits. Dies bedingt die Erzeugung und den möglichst verlustfreien Transport von Spins auf schnellem und zuverlässigem Weg. Da ein elektrischer Strom normalerweise aus gleich vielen Elektronen mit Spin „up“ und Spin „down“ besteht, muss zunächst ein Übergewicht einer Sorte Spins, d.h. eine Spinpolarisation erzeugt werden. Dies kann erreicht werden, indem der Strom durch ein magnetisches Material fliesst und dadurch die Elektronen ihren Spin nach dessen Magnetisierung ausrichten. Vermittelt durch Spin-Hall, Rashba und weitere Effekte, können sich Spins in speziell gefertigten Materialien zusätzlich an Grenzflächen akkumulieren. Die Effekte basieren auf der Wechselwirkung zwischen dem Spin und der orbitalen Bewegung der Elektronen, und wirken als Drehmoment auf das magnetische Bit ein. Diese Studie wird die Grundstruktur für das Verständnis von Ursprung und Wirkung der erwähnten Effekte erarbeiten, und es werden materialbasierte Strategien zur Effizienzsteigerung von strom-induziertem magnetischen Schreiben untersucht. Die Ergebnisse können zur Entwicklung von elektrisch-adressierbaren nicht-flüchtigen magnetischen Speicherelementen beitragen, welche durch ihren minimalen Stromverbrauch das Konzept des „normally-off/instant-on computing“ ermöglichen.