Neues Hightech-Material für Festplatten

Eine an der ETH Lausanne (EPFL) neu entwickelte Variante des Fotovoltaikmaterials Perowskit könnte sich für die nächste Generation von Datenspeichern eignen. Es handle sich dabei um das erste Material überhaupt, das magnetische und fotovoltaische Eigenschaften in sich vereint, berichten die Forscher.

Eigentlich wollten Laszlo Forro, Balint Nafradi und ihre Kollegen von der EPFL das Material Perowskit weiter erforschen und verbessern. In der Fotovoltaik ist Perowskit ein Hoffnungsträger, da es Solarzellen mit zuvor unerreichten Umwandlungsraten ermöglicht. Diese Effizienz wollten sie weiter steigern, indem sie ein magnetisches Ion (Mangan) in die Kristallstruktur des Perowskit einfügten.

Überraschende Weltprempiere

"Eigentlich haben wir mit einer ungeordneten magnetischen Struktur gerechnet", sagte Nafradi. Dass sich ein ferromagnetisches Material ergab, also mit geordneter magnetischer Struktur, sei eine Überraschung gewesen. "Das ist das erste Mal, dass es gelungen ist, magnetische und fotovoltaische Eigenschaften in einem Material zu vereinen."

Diese Kombination macht die Perowskit-Variante zu einem vielversprechenden Kandidaten für eine neue Generation von Festplatten: Das Material könnte die Datendichte magnetischer Speicher erhöhen, bei zugleich geringerem Energieverbrauch. Bei der magnetischen Datenspeicherung werden die Daten durch einen magnetischen Lese-Schreib-Kopf auf ein magnetisierbares Material geschrieben - in Form magnetischer Einheiten (Bits). Um die Datendichte zu erhöhen, muss man den Platz (oder das Volumen) pro Bit verkleinern. Dabei leidet allerdings die Stabilität ihrer magnetischen Anordnung und somit der Daten.

LED-Licht regt Fotoelektronen an

Ein Trick war bisher, die Temperatur des Systems zu erhöhen, um die magnetische Anordnung zu ändern und stabilisieren - was aber mehr Energie verbraucht. Beim neuen Perowskit-Material bliebe das System bei einheitlicher Temperatur - unterstützt stattdessen eine LED den Magneten des Lese-Schreib-Kopfes, um die magnetische Anordnung der Bits zu ändern.

Durch das Licht lässt sich der Zustand des Materials quasi hin- und herschalten, wie Nafradi erklärt. "Im Dunkeln ist unser Material nicht leitfähig und magnetisch. Das LED-Licht regt Fotoelektronen im Material an, macht diese frei beweglich, das Material also leitfähig und damit unmagnetisch."

Noch handelt es sich bei den im Fachblatt "Nature Communications" vorgestellten Ergebnissen um einen ersten Schritt hin zu einem neuen Festplattenmaterial. "Die Betriebstemperatur lag in unseren Versuchen bei rund minus 250 Grad Celsius", sagte Nafradi. Als nächstes wollen die EPFL-Forschenden das Material weiter optimieren, um den Betrieb bei Raumtemperatur zu ermöglichen.