Überraschende Entdeckung in Graphen könnte Speichergröße verdoppeln

Bei Graphen handelt es sich im Wesentlichen nur um eine ultradünne Schicht Graphit, demselben Material, das auch in Bleistiften vorkommt. Forscher*innen des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben Graphen nun so manipuliert, dass magnetische Speichergeräte aus dem Material mit doppelt so vielen Daten als herkömmliche Festplatten beschrieben werden könnten. 

Graphen ist "multiferroisch"

Die neue Studie bescheinigt Graphen ein multiferroisches Verhalten, wenn es in 5 Schichten in rhomboedrischen Muster gestapelt wird, ähnlich wie ein Graphen-Sandwich. Dabei weist das Material einerseits Magnetismus auf, als auch das elektronische Verhalten, das die Forscher*innen als “Ferro-Valleytricity” bezeichnen.

Ein ferroisches Material zeigt bei seinen elektrischen, magnetischen oder strukturellen Eigenschaften ein koordiniertes Verhalten. Das bekannteste Beispiel ist etwa ein Magnet, dessen Elektronen sich ohne externes Magnetfeld gemeinsam in die gleiche Richtung drehen können. Hier spricht man von Ferromagnetismus. Es gibt aber auch Ferroelektrizität und Ferroelastizität. Multiferroika sind Materialien, die mehrere dieser ferroischen Ordnungen gleichzeitig aufweisen. 

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Potenzial für Speichermedien

Und hier kommt das Potenzial für Speichermedien ins Spiel. Festplatten sind magnetische Datenspeicher. Mittels elektrischer Ströme werden winzige Bereiche entweder als 1 oder 0 magnetisiert, sogenannte Bits. Dabei gibt die Ausrichtung dieser Magnete an, ob es sich um eine 1 oder eine 0 handelt. Die Funktionsweise benötigt aber viel Energie und ist vergleichsweise langsam.

Wenn Speichergeräte aus Multiferroika hergestellt werden könnten, könnten sie viel schneller und mit weniger Energieaufwand beschrieben werden. „Multiferroische Eigenschaften in einem Material zu haben, bedeutet, dass man nicht nur Energie und Zeit beim Beschreiben einer magnetischen Festplatte sparen könnte. Man könnte auch die doppelte Menge an Informationen im Vergleich zu herkömmlichen Geräten speichern”, sagt Teamleiter Long Ju, Assistenzprofessor für Physik am MIT. Diese Vision ist zwar noch weit von der praktischen Umsetzung entfernt, aber die Ergebnisse des Teams sind ein Meilenstein auf der Suche nach effizienteren elektronischen und magnetischen Geräten.

“Graphen ist ein faszinierendes Material”, so Ju. Jede Schicht, die man bei Graphen hinzufügt, ergebe im Grunde ein völlig neues Material mit neuen Eigenschaften. “Ferro-Valleytricity” lässt sich nur bei exakt 5 Schichten beobachten, nicht bei 2, 3 oder 4, wie er sagt.