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PSI forscht am Energiespardatenspeicher

Am Paul-Scherrer-Institut wird ein Material entwickelt, mit dem künftig äusserst Energie sparende Datenspeicher gebaut werden könnten.

von ps/jst 21.12.2016
Bildergalerie Die Geschichte der Datenspeicherung Die Geschichte der Datenspeicherung 10 Fotos Zoom

Forschende am PSI haben ein neues Material geschaffen, das ein grosses Potenzial für zukünftige Speichermedien hat. Es handelt sich um ein sogenanntes magnetoelektrisches multiferroisches Material, dessen entscheidende Neuerung darin besteht, dass es seine nötigen magnetischen Eigenschaften auch bei Raumtemperatur behält und damit für den Einsatz im Alltag taugt.

Magnetoelektrische multiferroische Materialien sind äusserst selten. In ihnen sind die magnetischen und elektrischen Eigenschaften aneinandergekoppelt. Die magnetischen Eigenschaften des Materials lassen sich steuern, indem ein elektrisches Feld angelegt wird. Elektrische Felder lassen sich einfacher und energiesparsamer erzeugen als magnetische Felder. «Wird ein elektrisches Feld an magnetoelektrische Multiferroika angelegt, wirkt dieses auf die elektrischen Eigenschaften des Materials. Durch die magnetoelektrische Kopplung bekommt man dann noch eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften hinzugeschenkt», beschreibt Marisa Medarde, Leiterin der neuen Studie, die besondere Materialklasse.

Daten speichern, Energie sparen

Heutige Computerfestplatten speichern die Daten in Form magnetischer Bits, die durch Anlegen eines magnetischen Feldes geschrieben werden. Demgegenüber hätten Speichermedien auf der Basis von Multiferroika einige Vorteile: Die magnetische Datenspeicherung würde durch Anlegen einer elektrischen Spannung erfolgen, was deutlich weniger Energie benötigen würde; die Geräte würden weniger Abwärme produzieren und hätten daher auch einen geringeren Bedarf an Kühlung beispielsweise durch Ventilatoren oder Klimaanlagen. Da jährlich viele Billionen Kilowattstunden Energie im Cloud Computing verbraucht werden, sind Einsparungen in diesem Bereich von grosser Bedeutung.

Die beiden PSI-Forschenden Mickaël Morin und Marisa Medarde frieren die Atomordnung des multiferroischen Materials YBaCuFeO5 ein. Das Materialstück wird dafür zunächst in einem Ofen auf 1000 Grad Celsius erhitzt und fällt anschliessend in ein Gefäss, das mit minus 200 Grad Celsius kaltem flüssigem Stichstoff gefüllt ist Die beiden PSI-Forschenden Mickaël Morin und Marisa Medarde frieren die Atomordnung des multiferroischen Materials YBaCuFeO5 ein. Das Materialstück wird dafür zunächst in einem Ofen auf 1000 Grad Celsius erhitzt und fällt anschliessend in ein Gefäss, das mit minus 200 Grad Celsius kaltem flüssigem Stichstoff gefüllt ist Zoom© Markus Fischer / PSI

In fast allen Materialien schliessen sich Magnetismus – wie er beispielsweise im Eisen vorliegt – und Ferroelektrizität – eine bestimmte elektrische Materialeigenschaft – gegenseitig aus. Multiferroische Materialien bilden hier eine Ausnahme: Sie sind sowohl magnetisch als auch ferroelektrisch; darüber hinaus sind diese beiden Eigenschaften aneinandergekoppelt. Allerdings konnten bisher fast ausschliesslich Materialien geschaffen werden, die sich bei sehr tiefen Temperaturen von typischerweise minus 200 Grad Celsius multiferroisch verhalten. Das neue Material der PSI-Forschenden ist daher eine Neuheit.

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