Britische Forscher am Cavendish Laboratory der Cambridge University haben ein 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem sie mikroskopische Nanomagnete herstellen können. Die Nanomagnete haben die Form einer DNA-inspirierten Doppelhelix und können als 3D-Magnetsysteme in verschiedensten Bereichen Anwendungen finden, zum Beispiel bei Speichertechnologien, die so größere Speichermengen bei geringerem Platzbedarf möglich machen. Wir fassen das Wichtigste dazu zusammen.

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Forscher am Cavendish Laboratory der Cambridge University haben in einer Pressemitteilung ihre neuartigen und mit 3D-Druck hergestellten mikroskopischen Nanomagnete vorgestellt. Die Nanomagnete, die die Form einer DNA-inspirierten Doppelhelix haben, wurden mit einem benutzerdefinierten 3D-Druckverfahren hergestellt. Sie zeigen starke Magnetfeldwechselwirkungen zwischen den Helices und erzeugen durch das Verdrehen umeinander nanoskalige topologische Texturen in dem von ihnen erzeugten Magnetfeld. Ihre Arbeit mit dem Titel „Complex free-space magnetic field textures induced by three-dimensional magnetic nanostructures“ im Fachjournal Nature Nanotechnology präsentiert.

Magnetische Geräte der „nächsten Generation“

Das Team geht davon aus, dass sie mit ihren Magneten die magnetischen Kräfte im Nanobereich genau kontrollieren und den Weg für magnetische Geräte der „nächsten Generation“ ebnen können.

Claire Donnelly, Erstautorin der Studie, erklärt:

„Mit der neuen Fähigkeit, das Magnetfeld auf dieser Längenskala zu strukturieren, können wir die Kräfte definieren, die auf magnetische Materialien ausgeübt werden. So verstehen wir, wie weit mit der Strukturierung dieser Magnetfelder gehen können. Wenn wir diese magnetischen Kräfte auf der Nanoskala kontrollieren können, kommen wir dem gleichen Grad an Kontrolle näher, den wir in zwei Dimensionen haben.“

Nanoskalige Doppelhelices
Nanoskalige magnetische Doppelhelices (oben) enthalten hoch gekoppelte Texturen, die sowohl experimentell als auch mit Simulationen beobachtet wurden (Bild © Claire Donnelly).

Magnete werden in vielen Lebensbereichen eingesetzt, zum Beispiel bei der Energieerzeugung, der Datenspeicherung und bei der täglichen Computerarbeit. Computergeräte nutzen 2D-Magnetsysteme, die schnell an ihre Miniaturisierungsgrenzen stoßen. Das Cambridge-Team erklärt, dass es zunehmend Interesse am Übergang zu 3D-Magnetsystemen gibt, was auch das Computing und die Datenspeicherung voranbringt. Mit 3D-Nanodraht-Architekturen können 3D-Magnetsysteme für höhere Informationsdichten (mehr Speicher bei weniger physischem Platz) und mehr Leistung sorgen.

Donnelly fügt hinzu:

Es wurde viel an einer noch zu etablierenden Technologie namens Racetrack Memory gearbeitet, die erstmals von Stuart Parkin vorgeschlagen wurde. Die Idee ist, digitale Daten in den magnetischen Domänenwänden von Nanodrähten zu speichern, um Informationsspeicher mit hoher Zuverlässigkeit, Leistung und Kapazität herzustellen.“

Auswirkungen der 3D-Magnetsystem noch besser verstehen

Bilder zum "gesperrten Zustand der Doppelwände"
Bilder zu den 3D-gedruckten Nanomagneten (Bild © Claire Donnelly).

Für einen gelungenen Übergang in die neue Domäne müssen die Forscher die Auswirkungen der Skalierung auf 3D sowohl auf die Magnetisierung als auch auf das Magnetfeld der Systeme verstehen. Um das zu erreichen, hat Donnelly und ihr Team an magnetischen 3D-Strukturen gearbeitet, wobei die 3D-Druck-Technik für magnetische Materialien entstanden ist. In Tests zeigte sich, dass die 3D-gedruckten Spiralmagnete eine andere Magnetisierungstextur aufwiesen als in 2D-Systemen.

Wandpaare zwischen magnetischen Domänen sind gekoppelt, was zu einer Verformung führt. Durch die gegenseitige Anziehung drehen sich die Wände und rasten ein und es entsteht eine starke Bindung zwischen den Helices der gedruckten Magnete. Die Forscher möchten nun die Herstellung komplexerer Systeme mit dreidimensionalen Magnetfeldern untersuchen.

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