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'Nanodot'-Speicher ausrichten
Ein zuverlässigerer Weg, magnetische Nanopartikel zu züchten, könnte dazu beitragen, die bisher dichteste Form von Computerspeicher zu schaffen. Die neue Technik, die von Forschern der North Carolina State University entwickelt wurde, ermöglicht es, magnetische Nanopunkte – Partikel mit einer Breite von etwa sechs Nanometern – in geordneten Anordnungen anzuordnen, wodurch es einfacher wird, sie zum magnetischen Speichern von Informationsbits zu verwenden.
Verbinde die Punkte: Magnetische Nanopunkte aus Nickel könnten helfen, die Kapazität von Speicherchips zu verbessern. Eine neue Technik für deren Wachstum unter Verwendung von Gittern aus Titannitrid als Schablone (hier als die helleren Bereiche gezeigt) ermöglicht es, die Punkte so zu organisieren, dass ihre Magnetfelder alle in die gleiche Richtung zeigen.
Jay Narayan , Professor für Materialwissenschaften an der North Carolina State University, der die Arbeit leitete, sagt, dass ein Nanodot-Chip mit einer Größe von einem Quadratzentimeter theoretisch ein Terabit an Daten speichern könnte – 50-mal mehr als Flash, die derzeit dichteste Form von Speicher.
Die Gruppe von Narayan maß die magnetischen Eigenschaften einzelner Nanopunkte, um zu zeigen, dass sie magnetische Informationen zuverlässig speichern können. Gespräche mit Speicherherstellern wie Hitachi und Seagate laufen, um die Technologie zu kommerzialisieren, sagt er.
Die wichtigste Neuerung besteht darin, dass wir alle diese Punkte auf die gleiche Weise geordnet und ausgerichtet halten können, sagt Narayan. Dies gelte nicht nur für ihre physikalische Ausrichtung, sondern auch für ihre magnetische Orientierung, die entscheidend sei, um ihre Magnetzustände zu wechseln und zu lesen, sagt er.
Andere Forscher haben Nanopunkte erzeugt, die der Größe von Narayan ähnlich sind. Mark Welland , Leiter der Universität Cambridge Labor für Nanowissenschaften in Großbritannien, leitet eine Gruppe, die Nanopunkte in hexagonalen Anordnungen entwickelt hat. Das Problem für Wellands Gruppe besteht darin, dass die magnetische Orientierung eines Nanopunkts durch seine physikalische Orientierung bestimmt wird; da die Anordnungen hexagonal waren, zeigten ihre Magnetfelder nicht alle in die gleiche Richtung.
Narayan und Kollegen verwendeten eine neuartige Dampfabscheidungstechnik, um präzise ausgerichtete Nanopunkte aus Nickel zu züchten. Die als Domänenanpassungsepitaxie bezeichnete Technik beinhaltet das Abscheiden einer sehr dünnen Schicht aus Titannitrid auf einem Substrat, das als Schablone für die Nanopunkte dient. Das Titannitrid bildet Einkristallgitter, auf denen die Nanopunkte wachsen. Die Größe der Punkte und der Abstand zwischen den Nanopunkten können durch Variieren der Wachstumsbedingungen, wie beispielsweise der Temperatur, gesteuert werden.
Das richtige Material zu finden war entscheidend, sagt Narayan. Wir brauchten ein metallisches Material, das nicht magnetisch war, sagt er. Dadurch wird sichergestellt, dass die Schablonen die magnetischen Eigenschaften der Nanopunkte nicht beeinträchtigen. Die Technik könnte verwendet werden, um regelmäßige Anordnungen von Milliarden von Nanopunkten zu erzeugen.
Es ist schwierig, sowohl die Größe als auch die Position der Nanopunkte zu kontrollieren, sagt Russell Cowburn Professor für Nanotechnologie am Imperial College London. Dies zu kontrollieren wäre ein großer Vorteil, sagt er.
Aber Cowburn fügt hinzu, dass das Wachsen von Nanopunkten nur ein Teil der Herausforderung ist. Sie thermisch stabil zu machen und Wege zu finden, magnetische Informationen zu lesen und zu schreiben, seien große Herausforderungen, sagt er.
Um wettbewerbsfähig zu sein, müssen Nanodot-Speicher sowohl billig als auch dicht sein, sagt Cowburn. In Bezug auf Bits pro Dollar sind magnetische Festplatten immer noch die billigste Form des Computerspeichers – etwa 50-mal billiger als Flash.
Derzeit benötigen die Nickel-Nanodots niedrige Temperaturen, um zu funktionieren, aber Narayan arbeitet daran, sie aus Eisen-Platin herzustellen, wodurch sie bei Raumtemperatur betrieben werden können.