IBM Research: Neue Erkenntnisse bei Nanospeichern

(pressebox) San Jose/Stuttgart-Ehningen/Böblingen, 27.12.2010 – Auf der Suche nach neuen Ansätzen, die die gegenwärtig in Mobiltelefonen, Computern und Servern zum Einsatz kommenden Speicherarchitekturen langfristig ersetzen können, haben Forscher von IBM (NYSE: IBM) eine möglicherweise entscheidende Entdeckung gemacht: Im Rahmen ihrer Forschungen zum „Racetrack“-Speicherdesign haben sie erstmals exakte Messungen vornehmen können, wie schnell und wie weit Daten in Nanostrukturen verschoben werden können. Damit haben sie einen weiteren Schritt hin zu Speichern im Nanoformat gemacht.

IBM Forscher arbeiten seit sechs Jahren daran, einen neuen Typus von Speicher zu entwickeln, genannt Racetrack Memory. Anstatt den Computer Daten suchen zu lassen wie in traditionellen Rechnersystemen, schiebt der IBM Racetrack-Speicher automatisch die Daten dort hin, wo sie benötigt werden, indem magnetische Bits in schleifenförmigen Nanodrähten (Racetracks) bewegt werden.

Diese Technik könnte es in Zukunft ermöglichen, tragbare Speichergeräte mit so großer Kapazität zu entwickeln, die alle Filme speichern könnten, die in einem Jahr weltweit produziert werden.

Laut des im Fachmagazin Science veröffentlichten Forschungsberichts konnte ein Team von IBM Forschern erstmals die Domain-Wall-Beschleunigung und -Verlangsamung als Reaktion auf elektrische Impulse messen. Dies entspricht dem Bewegen und Verarbeiten digitaler Informationen. Diese Beobachtung gibt Wissenschaftlern ein besseres Verständnis und genauere Kontrollmöglichkeiten über die magnetischen Flüsse in Geräten und bringt die Entwicklung des IBM Racetrack Speichers der Wirklichkeit einen Schritt näher.

Digitale Daten werden heute auf hauptsächlich auf magnetischen Festplatten, Bändern und in Flash-Speichern gespeichert. Diese Speichersysteme werden häufig in Kombination genützt, um ihre individuellen Vor- und Nachteile auszugleichen. Der Ansatz des Racetrack-Speicher zielt darauf ab, die besten Attribute aller Speicherklassen zu kombinieren, indem Daten als magnetische „Regionen“, auch Domains genannt, in Schleifen gespeichert werden, die nur wenige Dutzend Nanometer breit sind.

Um einen möglichst kompakten und schnellen Speicher zu erhalten, müssen die Domain Walls im Speicher mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Stunde hin zu atomgenauen Positionen entlang der Schleifen bewegt werden.

„Wir haben entdeckt, daß die Domain Walls ihre Spitzenbeschleunigung nicht sofort erreichen, sobald Strom angelegt wird, und daß es genau die gleiche Zeit dauert, die Spitzenbeschleunigung zu erreichen, wie es dauert, sie abzubremsen und anzuhalten“, sagt Dr. Stuart Perkin, Fellow, IBM Forschung in Almaden. „Dies war bisher unbekannt, weil niemand mit Bestimmheit sagen konnte, ob Domain Walls eine Masse haben,und die Effekte der Beschleunigung und Abbremsung sich exakt aufheben. Jetzt wissen wir, daß die Domain Walls exakt entlang der Schleifen positioniert werden können, indem wir die Länge der Stromimpulse variieren.“

Racetrack näher betrachtet

Details und Ergebnisse der aktuellen Forschung wurden in der Ausgabe der Zeitschrift Science vom 24.12.2010 vorgestellt.

Der Beitrag heißt „Dynamics of magnetic domain walls under their own inertia,“ und wurde geschrieben von den Autoren Stuart Parkin, Luc Thomas, Rai Moriya und Charles Rettner von IBM Forschung – Almaden.

Weitere Details finden sich in einem Proof of Concept aus dem Jahr 2008 (Hayashi, M., Thomas, L., Moriya, R., Rettner, C. & Parkin, S. S. P. Current-Controlled Magnetic Domain-Wall Nanowire Shift Register. Science 320, 209-211 (2008).

Mehr Informationen und grafische Erläuterungen zur Racetrack Memory: http://www.almaden.ibm.com/spinaps/research/sd/?racetrack396821 IBM Research: Neue Erkenntnisse bei Nanospeichern