Ungleiche Zwillinge für die Datenspeicherung der Zukunft

Physiker des Forschungszentrums Jülich und ein Mathematiker der RWTH Aachen haben berechnet, dass in dünnen metallischen Schichtsystemen nicht nur Skyrmionen, winzige magnetische Wirbel, sondern auch deren Antiteilchen, genannt "Antiskyrmionen", vorkommen können. Sie bestehen ebenfalls aus wirbelförmig geordneten Spinstrukturen, jedoch unterscheidet sich die Orientierung der Spins: statt kreisförmig wie bei einem Skyrmion sind die Spins bei seinem ungleichen Zwilling so ausgerichtet, dass sie einem vierblättrigen Kleeblatt ähneln. Mittels Supercomputing konnten die Forscher zudem ein Materialsystem vorschlagen, in dem sich Antiskyrmionen experimentell nachweisen lassen sollten: eine Doppellage von Eisen auf Wolfram.

Bisher lag der Fokus der Forschung nur auf den Skyrmionen. Dies könnte sich nun ändern, zumal die Forscher zeigen konnten, dass es sogar Materialien gibt, in denen die ungleichen Zwillinge zeitgleich vorkommen können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten sowohl für die Grundlagenforschung als auch für Anwendungen. So könnten die Erkenntnisse, die unter dem Dach der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) entstanden, helfen, die Speicherung von Daten auf engerem Raum und unter geringerem Energieverbrauch als heute zu realisieren, etwa mit einem sogenannten "Racetrack"-Speicher.

Ein Racetrack-Speicher soll einmal ähnlich wie die Lochstreifen-Technologie aus den Anfangstagen der Informationstechnologie arbeiten: Fast so wie früher ein Loch eine Eins und "kein Loch" eine Null kodierte, soll nach der ursprünglichen Idee zukünftig ein Skyrmion eine Eins und "kein Skyrmion" eine Null darstellen. Elektrische Spannung soll die Skyrmionen nacheinander zu einem Lesekopf wandern lassen. Es gelingt jedoch bisher nicht sicherzustellen, dass sich die Wirbel bei Raumtemperatur nicht auch ungewollt bewegen und an Stellen wandern, an denen sich "kein Skyrmion" befinden sollte. Skyrmionfreie Stellen durch Antiskyrmionen zu ersetzen könnte hier einen Ausweg liefern, da solche Systeme stabiler auch bei höheren Temperaturen sind, wie die Forscher zeigten.