Forschung am PSI und an der ETH 02.04.2019, 14:32 Uhr

Mit Nanomagneten zu mehr Rechenpower

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben ein besonderes Phänomen des Magnetismus im Nanobereich entdeckt. Damit lassen sich Magnete anders ausrichten. Dies führt zu Bauteilen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von Mikroprozessoren.
Zhaochu Luo, Hauptautor der Studie, vor einer sogenannten Sputter-Depositions-Apparatur. In der Vorrichtung werden Schichten aus Platin, Kobalt und Aluminiumoxid erzeugt. Jede Schicht ist nur wenige Nanometer dünn.
(Quelle: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic)
Magnete zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen Nordpol und einen Südpol haben. Werden zwei Magnete nahe aneinandergehalten, ziehen sich deren entgegengesetzte Pole an und die gleichen stossen sich ab. Deshalb richten sich magnetische Nadeln, wie sie beispielsweise in einem Kompass vorkommen, im Erdmagnetfeld so aus, dass damit die Kardinalrichtungen Nord und Süd und daraus abgeleitet Ost und West bestimmt werden können.
In der Welt, die wir jeden Tag mit unseren Sinnen erleben, ist diese Regel richtig. Wenn man jedoch die makroskopische Welt verlässt und in die Tiefen viel kleinerer Dimensionen eintaucht, ändert sich das. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben nun eine ganz besondere magnetische Wechselwirkung auf der Ebene nanoskopischer Strukturen aus wenigen Atomschichten entdeckt.
Die Atome wirken dort wie winzige Kompassnadeln und entfalten ihre Wirkung über äusserst kurze Entfernungen im Nanometerbereich, also einige millionstel Millimeter. Deshalb sprechen die Forschenden auch von Nanomagneten.

Das Phänomen, das die Forschenden des PSI nun beobachten konnten, basiert auf einer Wechselwirkung, die die beiden Physiker Igor Dzyaloshinskii und Toru Mariya vor mehr als 60 Jahren vorhergesagt haben. «Das war unser Ausgangspunkt», sagt Zhaochu Luo, Physiker am PSI und an der ETH Zürich.

Klimamodelle Forscher wollen immer bessere Klimamodelle haben, um die globale Erwärmung und ihre Folgen besser einschätzen zu können. Supercomputer werden dafür bereits heute gebraucht, wie Sumit Gupta, Verantwortlicher bei Nvidia`s Computing-Abteilung, sagt: « TV Wettervoraussagen können gezeigt werden, weil  diese «Filme zuvor stundenlang von Supercomputern gerendert wurden. Doch auch die besten Supercomputer bringen heute nicht das, was die Wissenschaft braucht. Stellt man sich den Erdball als Bild vor, rendert der beste Supercomputer nur ein extrem stark verpixelte Darstellung der Realität. Ein Exaflop-Computer könnte eine deutlich genauere Sichtweise bieten. Der Effekt wäre, dass Forscher die Auswirkungen von Wetteränderungen sehen, die sich im Minutentakt abspielen, wie zum Beispiel Wolkenbildung.



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