Nichtflüchtige neue Datenspeicher

Neue Materialien sind die Grundlage für nichtflüchtige Speicher mit einer hohen Datendichte. Bismutferrit gilt als ein Kandidat für diese zukünftigen Datenspeicher. Forschern gelang es nun, kleine Kristalle aus Bismutferrit bei Raumtemperatur mit elektrischen Pulsen gezielt zu magnetisieren. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, bildet diese Eigenschaft eine wesentliche Grundlage für die Entwicklung neuartiger Speicher, die sich ihre Daten auch ohne permanente Stromzufuhr merken können.

Kristallstruktur von Bismutferrit

„Wir konnten sowohl Ferroelektrizität und Ferromagnetismus in einem Metalloxid mit Perwoskit-Struktur bei Raumtemperatur kombinieren“, schreiben Pranab Mandal und seine Kollegen von der University of Liverpool. Diese Kombination ist notwendig, um digitale Daten mit elektrischen Pulsen als winzige magnetische Spins in einem Material speichern zu können. Zahlreiche Versuche mit verschiedenen Varianten des Materials Bismutferrit, bei denen die Forscher die Eisenanteile variierten, waren für dieses Ergebnis nötig.

Als Ausgangsmaterial nutzten die Forscher Pulver aus Bismutoxid, Eisenoxid und weitere Karbonatverbindungen. In mehreren Schritten pressten sie aus diesen Pulvern kleine Pellets, die sie bei Temperaturen von bis zu 900 Grad sinterten. Aus diesen Pellets mit unterschiedlichen Eisenanteilen schnitten sie etwa 150 Mikrometer dünne Scheiben. Diese Scheiben kontaktierten sie mit filigranen Goldelektroden und analysierten ihre Magnetisierbarkeit.

Ihre Versuche zeigten bei Kristallproben mit einem Eisengehalt von 68 Prozent ein vielversprechendes Verhalten. Mit kurzen Strompulsen ließ sich das Material dauerhaft magnetisieren. Erneute Strompulse konnten diese magnetische Ausrichtung wieder verändern. Damit waren die Mindestanforderungen für einen nichtflüchtigen Datenspeicher erfüllt. Verantwortlich für diese Eigenschaft machten Mandal und Kollegen ein Netzwerk im Kristallaufbau, bei dem sich Eisen- mit Sauerstoffatomen abwechselten und eine für die Magnetisierbarkeit wichtige Verschiebung einzelner Bismutatome ermöglichten.

Bis zu einem nutzbaren ferroelektrisch-ferromagnetischen Speichermodul für Computer ist der Weg allerdings noch weit. Doch auf der Grundlage dieser Ergebnisse könnten erste Prototypen nichtflüchtiger Datenspeicher aus Bismutferrit entwickelt werden. Und je kleiner die einzelnen Speichereinheiten im Nanomaßstab schrumpfen, desto höher wäre die Datendichte.