Mikroskopisch kleine Magnete bauen

Heutige Technik kommt ohne Magnete nicht mehr aus. Bordcomputer im Auto können zum Beispiel dank magnetischer Messung prüfen, ob einzelne Räder blockieren, und verlangsamen im Notfall den Antrieb.

Physiker der Universität Bielefeld arbeiten an den Sensoren für solche Messungen. Sie erforschen Material zum Bau von Nanomagneten und entwickeln Sensoren und Computer-Datenspeicher. Künftig experimentieren sie im neuen „Center for Spinelectronic Materials and Devices“ (Zentrum für Spinelektronische Materialien und Geräte) der Universität Bielefeld.

Das Wissenschaftsministerium Nordrhein-Westfalen hat jetzt finanzielle Unterstützung für den Aufbau des Zentrums zugesagt: 340.000 Euro aus dem Strukturfonds der Europäischen Union. Hinzu kommt gut eine Million Euro Förderung, die die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über Projekte eingeworben haben.

Die zusätzlichen Mittel stammen aus dem Forschungsprogramm der Europäischen Union und einem Projekt der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). So stehen bis 2016 insgesamt mehr als 1,35 Millionen Euro für das neue Zentrum zur Verfügung. „Ziel des Zentrums ist die Erforschung neuer magnetischer Materialien und die Realisierung neuer Prototypen für Datenspeicherung und Sensortechnik“, sagt Professor Dr. Günter Reiss, der künftige Leiter der Einrichtung.

Seine Kollegen und er stellen extrem dünne Schichten her, die magnetische Eigenschaften haben. Um die Schichten mit unterschiedlichen Fähigkeiten auszustatten, werden ferromagnetisches Material wie Eisen, Nickel und Kobalt mit nichtmagnetischem Material wie Kupfer und Aluminiumoxid kombiniert. Für die Herstellung der Nano-Schichten soll das Zentrum mit einer neuen sogenannten Sputter-Anlage ausgestattet werden: Sie kann die Schichtdichte atom-genau kontrollieren.

Das neue Spinelektronik-Zentrum soll eng mit anderen führenden Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten – unter anderem mit der Tohoku University in Japan und der University of York in England. Auch mit dem weltgrößten Chip-Hersteller Intel werden die Bielefelder Magnetforscher kooperieren.

Intel will, wie auch seine Mitbewerber, PC-Arbeitsspeicher herstellen, die kleiner sind als heutige Varianten. Je kleiner die Schaltkreise in solchen Datenspeichern sind, desto weniger Energie brauchen sie. Reiss und sein Team machen sich das Phänomen zunutze, dass in optimierten ferromagnetischen Stoffen mikroskopisch kleine magnetisierte Bereiche – die magnetischen Domänen – erzeugt werden können, die besonders langzeitstabil sind. Mit dieser Methode können Informationen gespeichert werden, um sie auch lange Zeit später zu lesen. Die Physiker entwickeln ultradünne Schichten, die sich besonders gut magnetisch beschreiben lassen und auf kleinem Raum möglichst viele Informationen aufnehmen. Diese Schichten sollen später in Datenspeichern verbaut werden.

Darüber hinaus wird in dem neuen Zentrum unter anderem an Drehwinkel-Sensoren geforscht. Solche Sensoren werden zum Beispiel in Navigationssystemen im Auto und in Handys genutzt, um Richtungsänderungen festzustellen. Wie ein Kompass erfassen die Sensoren das Erdmagnetfeld und können so Positionsänderungen messen. „Heutzutage sind Drehwinkel-Sensoren noch störanfällig, sodass mitunter mehrdeutige oder keine Messdaten erfasst werden“, sagt Reiss. Zusammen mit seinen Kolleginnen und Kollegen arbeitet er deswegen daran, die Genauigkeit der Sensoren zu erhöhen.

Seit rund 15 Jahren befassen sich Physiker der Universität Bielefeld mit Spinelektronik. Sie unterscheidet sich von herkömmlicher Elektronik, in der in Bauteilen die Ladung des Elektrons als Informationsträger verwendet wird. Die Spinelektronik nutzt zusätzlich den Spin des Elek-trons, der bildhaft einer schnellen Drehung um die eigene Achse entspricht. Dadurch stehen zusätzliche Funktionen zur Verfügung.

Kontakt:
Prof. Dr. Günter Reiss, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Telefon: 0521 106-5411
E-Mail: reiss@physik.uni-bielefeld.de