HZDR entdeckt 1_2012

entdeckt 01.12 TITEL WWW.Hzdr.DE nicht nur Rechenleistung, sondern auch einiges an Abwärme. Die wiederum ist nicht nur verschwendete Energie, sondern muss auch noch mit relativ lauten Ventilatoren abgeführt wer- den. Die Kondensatoren verlieren obendrein laufend Ladung, die daher immer wieder unter Energieverbrauch aufgefrischt wird. Schaltet man dann auch noch den Strom am Feierabend aus, werden die Kondensatoren im Arbeitsspeicher entladen und die Daten sind weg. Beim nächsten Start holt sich der Computer die Informationen für das Betriebssystem und die installierten Programme in einem oft mehrere Minuten dauernden Prozess von der Festplatte wieder in den Arbeits- speicher, der daher relativ viel Energie frisst. Magnetscheiben mit Potenzial Auf der Festplatte dagegen sind die Daten in winzigen magne- tischen Bereichen gespeichert. Sie bleiben daher auch nach dem Ausschalten erhalten. Als Arbeitseinheit aber lässt sich eine Festplatte kaum verwenden, weil man die magnetischen Bereiche nur mit relativ starken äußeren Magnetfeldern – und damit viel Energie – umpolen kann. Eine Möglichkeit bieten da die winzigen Magnetscheiben, an denen die Helmholtz- Forscher in Dresden-Rossendorf arbeiten. „Solche Scheiben kann man mit einem Durchmesser von einem Drittel eines Tausendstel Millimeters herstellen“, erklärt Jeffrey McCord. In diesen Mini-Scheiben ordnen sich winzige Magnete im Prinzip in verschieden großen Kreisen an, bei denen die kleinen innerhalb der großen Kreise liegen. Dabei können die Magnete im oder gegen den Uhrzeigersinn um die Scheibe führen. Genau wie bei Kondensatoren in her- kömmlichen Arbeitsspeichern, die entweder eine elektrische Ladung speichern oder eben nicht, gibt es also auch bei die- sen Magnetwirbeln zwei unterschiedliche Zustände, die von der Datenverarbeitung genutzt werden können. Anders als auf einer Festplatte aber lassen sich diese beiden magnetischen Zustände nicht mit starken und damit viel Energie verbrau- chenden Magnetfeldern, sondern mit einer Spin genannten Ei- genschaft der Elektronen umschalten, die viel weniger Strom und damit Energie braucht als herkömmliche Arbeitsspeicher. Obendrein kann man in diese Magnetwirbel die doppelte Informationsmenge wie in Kondensatoren oder herkömm- liche magnetische Elemente packen: Im äußeren Bereich des Wirbels liegen die Magnetteilchen zweier benachbarter Kreise parallel zueinander, während in der Mitte der Scheibe der Platz für dieses parallele Liegen nicht reicht. Da jede andere Anordnung aber viel Energie kosten würde, drehen sich die Magnetteilchen in der Mitte aus der Ebene der Scheibe heraus und können so wieder energiesparend nebeneinander liegen. Da die Teilchen aber entweder nach oben oder nach unten aus der Scheibe ragen können, gibt es zwei weitere magnetische Zustände, zwischen denen ebenfalls mit Spins hin- und herge- schaltet werden kann. Insgesamt gibt es so die vier Magnet- zustände rechtsdrehend nach oben, linksdrehend nach oben, rechtsdrehend nach unten und linksdrehend nach unten. Das Ganze funktioniert aber nur gut, wenn die einzelnen Magnetwirbel ein gutes Stück Abstand voneinander halten oder relativ groß sind. Computerhersteller und die Benutzer aber wollen möglichst kleine Datenverarbeitungseinheiten, bei denen konsequenterweise auch die Magnetwirbel klein sind und eng nebeneinander liegen. Dann aber beeinflussen sich die Magnetkreise gegenseitig, weil sich die Mini-Scheiben gegenseitig magnetisch anziehen. Den gordischen Knoten könnten jetzt die Experimente von Norbert Martin und Jeffrey McCord durchschlagen, die sie am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung in Dresden begannen, bevor sie 2010 an das HZDR wechselten. Stehen die äußeren Kanten der kleinen Magnetscheiben nicht senkrecht zur Ebene der Scheibe, sondern verlaufen schräg, werden an diesem Rand die winzigen Magnetteilchen ein wenig in Richtung der Schräge abgelenkt. Das aber hat Kon- sequenzen. Bei einer senkrechten Kante entsteht die in der Mitte aus der Ebene der Scheibe herausragende Komponente Hzdr-Preise 2011: Norbert Martin erhielt für seine Promotion den HZDR-Doktorandenpreis 2011, der am 15. März 2012 feierlich überreicht wurde (v.l.: Roland Sauerbrey, Wissenschaftlicher Direktor des HZDR, Norbert Martin, Peter Joehnk, Kaufmän- nischer Direktor des HZDR, Hans Müller-Steinhagen, Rektor der TU Dresden, Roland Schwarz, Leiter Technische Sammlungen Dresden. Foto: Oliver Killig In die Magnetwirbel kann man die doppelte Informationsmenge im Vergleich zu herkömmlichen magnetischen Elementen oder Kondensatoren packen.

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