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Nanotechnologie in der Datenspeicherung Univ. Prof. Dr. Heinz KRENN Institut für Physik Bereich Experimentalphysik _______________________________________________________________.

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Präsentation zum Thema: "Nanotechnologie in der Datenspeicherung Univ. Prof. Dr. Heinz KRENN Institut für Physik Bereich Experimentalphysik _______________________________________________________________."—  Präsentation transkript:

1 Nanotechnologie in der Datenspeicherung Univ. Prof. Dr. Heinz KRENN Institut für Physik Bereich Experimentalphysik _______________________________________________________________ Seminar Nanotechnologie, 11. Feb. 2008

2 Speichertechnologie Halbleiter-Flash-Speicher 34 Gigabit / inch 2 Magnetische Datenspeicherung <200 Gigabit / inch 2 Nano-Imprint-Speicher 1,2 Terabit / inch 2 Giga = 10 9 Tera = 10 12

3 Areal Density (Bits/inch 2 ) The Increase of Magnetic Data Storage Quelle: MRS Bulletin, May 2006, vol. 31, No. 5

4 Costs – Paper vs. Magnetic Recording Quelle: MRS Bulletin, May 2006, vol. 31, No. 5

5 nm 400 Giga-Bytes Movies - Digitales Video GMR-Spin-Valve-Lesekopf 50 nm Quellen: MRS Bulletin, May 2006, vol. 31, No. 5 IBM Research

6 Die Entwicklung der Speicherdichte in Hard-Disk-Drives von x 2,5 von x 170 von

7 Wie erklärt man Magnetismus in der Schule ? Motivation …… Datenspeicher im Handy Existenz des Spins, (neben der Ladung) …… Magnetismus Elektrizität Pauli-Prinzip …… Korrelationseffekte Paradoxa ……verblüffende Effekte ! Wellennatur des Elektrons …… destruktive Interferenz

8 Verblüffendes Paradoxon …… ….. Magnetfeld ? Weitab von der diskreten Struktur verschwindet das Magnetfeld im Aussenraum! …. a a

9 … nm

10 Magnetische Massen-Speicher werden immer kleiner … Gigabyte Marktvolumen von Disk Drives: Seit 1998: Verkauf von mehr 5 Milliarden GMR-Harddisks Jährlicher Umsatz: 31 Milliarden US$ Derzeitige Kosten pro Gigabyte: 50 Eurocent Verdoppelung der Speicherdichte pro Jahr! Design-Revolution für Leseköpfe …. JahrBitdichte Spurweite Gap-BreiteWiderstands- Typ (bits/µm 2 ) (µm) (nm)änderung % AMR % spin valve % tunnel junction % MgO-tunnel jct. Spur- weite Gap Quelle: Hitachi Ltd.

11 Albert Louis François FERT geb. 7. März 1938 in Carcassonne, Promotion École Normale Supérieure Paris, Seit 1976 Prof. f. Physik an Univ. Paris Süd Die Nobelpreisträger für Physik 2007 ….. Peter GRÜNBERG geb. 18. Mai 1939 in Pilsen Promotion TH Darmstadt seit 1972 am FZ Jülich, 2004 Ruhestand

12 Magneto-Widerstand AMR = Anisotropic Magnetoresistance (1857) 2-4% GMR = Giant Magnetoresistance (1988) 6-8% 100 % in Vielfachschichten TMR = Tunneling Magnetoresistance (1994) 20% CMR = Colossal Magnetoresistance (1993) % Strom M(0) M(H)

13 Spinpolarisation kFRkFR Pauli Prinzip und Austauschloch … 3-dimensional nm

14 Pauli-Prinzip und Austauschkorrelation … 2-dimensional kFRkFR 2 nm

15 Austauschgekoppelte Fe/Cr/Fe-Schichten Fe Cr Fe 30 Å H [kG] R(H)/R 0 Abnehmende Cr- Schichtdicke 18 Å 12 Å 9 Å

16 Wie erklärt man Schülern/innen die spin-abhängige Streuung ……….. also die Magnetowiderstandsänderung ? Fermi-Niveau Majoritätsträger Minoritätsträger

17 Wie erklärt man Schülern/innen die spin-abhängige Streuung ……….. also die Magnetowiderstandsänderung ? Fermi-Niveau

18 Spin-Valves (Spin-Filter ohne Austauschkopplung) Co (100 Å) Au (60 Å) Co (200 Å) H M R(H)/R 0 H c1 < H < H c2 H > H sat Spin De Broglie- = 0,5 nm Freie Weglänge: 5-10 nm Magnetowiderstand

19 Spinabhängiger Transport (Widerstandsnetzwerk) I groß I klein

20 Magnetoresistiver Lesekopf H

21 Nano-Imprint-Speichertechnologie

22 Millipede-Konzept von IBM für die Nano-Imprint Speichertechnologie Write Sense Polymer-Beschichtung auf Silizium

23 75 µm Sense Write Cantilever and Tip 250 nm Tip

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25 In der Polymerschicht eingeprägte Speicherinformation 25 nm

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28 Bilder und Animationen zur GMR-Technik Danke !


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