Mini-Magnetismus: Ein-Atom-Magnete hergestellt

In Zusammenarbeit mit der französischen EPFL und dem IT-Riesen IBM konnten die Wissenschaftler im Labor extrem kleine, starke und zugleich stabile Magnete erschaffen, die aus einem einzigen Kobaltatom bestehen, das auf einer hauchdünnen Magnesiumoxid-Oberfläche sitzt. Damit haben die Experten die Grenze der physikalischen Machbarkeit bei der Miniaturisierung von Magneten erreicht.

Grenzen der Machbarkeit

Im Labor haben die Physiker eine winzige Menge Kobalt auf eine Magnesiumoxid-Oberfläche aufdampfen lassen. In der Folge hefteten sich vereinzelte Kobaltatome an die Oberfläche an. Um die physikalischen Eigenschaften der Magnete zu beschreiben, untersuchten sie die Fachleute mit einem Rastertunnelmikroskop und dem Synchroton am Paul-Scherrer-Institut.




Das System ist, mit den vereinzelten Kobaltatomen auf Magnesiumoxid pro Atom betrachtet, ein dreimal stärkerer Magnet als einer aus reinem Kobaltmetall.

Die Ein-Atom-Magnete könnten in vielfältigen technologischen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen. Um sie umzupolen, muss pro Atom eine 1000 Mal grössere Energie aufgewendet werden als bei reinem Kobaltmetall. «Der Miniaturisierung sind wegen der atomaren Struktur der Materie physikalische Grenzen gesetzt. In unserer Arbeit haben wir nun gezeigt, dass es möglich ist, stabile magnetische Komponenten aus einzelnen Atomen herzustellen, also der kleinsten möglichen Struktur», sagt ETH-Professor Pietro Gambardella.

Einsatz in MRAM-Speichern

Einen industriellen Einsatzbereich für die Ein-Atom-Magnete sehen Gambardella und sein Team bei MRAM-Speichermedien. Denn bei dieser Klasse von Speichermedien können Informationen permanent gespeichert werden, ohne dass die Daten wie bei den in PCs verbauten RAM-Arbeitsspeichern fortwährend erneuert werden müssen. MRAMs kommen heute vor allem in Spezialanwendungen zum Einsatz - zum Beispiel aufgrund ihrer Resistenz gegenüber kosmischer Strahlung in Steuerungssystemen von Flugzeugen und Satelliten.