Magnetismus und Supraleitung in dünnen Schichten

Von Nicole Auth, Physikstudentin

Physik in der Schule - ich erinnere mich an Formelpaukerei, trockene Materie und langweilige Stunden. Erst als wir bei den Sachen angekommen waren, die über den Tellerrand der eigenen alltäglichen Erfahrungen hinausgehen, wie den Auswirkungen der Relativitätstheorie und den Weiten des Weltalls, hat es mich gepackt.
Als ich erst mal gemerkt hatte, was es alles Interessantes zu entdecken gab, hat mich die Physik nicht mehr losgelassen. Für ein Physikstudium habe ich mich eigentlich aus Neugier auf das, was es da noch alles gibt, entschieden.

Einige Jahre später sitze ich nun hier als Doktorandin und bearbeite ein Thema aus der Festkörperphysik. Bei den Weiten des Weltalls ist es nicht geblieben. Meine Arbeit beschäftigt sich ganz im Gegensatz dazu mit der Welt der kleinsten Dinge - was aber mindestens genauso interessant ist. Ziel meiner Untersuchungen ist es, neue Materialien mit speziellen Eigenschaften zu erforschen, die im Bereich der Nanotechnologie gebraucht werden - zum Beispiel zur Entwicklung immer besserer Computer.

Die Eigenschaft, um die es geht, ist der Magnetowiderstand - d.h., ich befasse mich mit Materialien, die ihren Widerstand in einem Magnetfeld stark ändern. Dieser Effekt wird bereits im Festplattenlesekopf von Computern verwendet, um die Daten auf der Platte zu lesen. Man kann damit auch magnetische Speicher (Magnetic Random Access Memory) bauen, die zum Beispiel den Vorteil haben, dass man den Computer nicht mehr booten müsste - einfach einschalten und los gehts. Noch gibt es so was allerdings nicht zu kaufen.

Zunächst stelle ich die Materialien in Form dünner Schichten her, die nur ca. 100 nm dick sind. Dabei schießt man mit einem Laser auf eine Scheibe aus dem Material, welches man nachher als dünne Schicht haben will. Ein Teil des Materials wird durch die auftreffende Energie in einzelne Ionen zerlegt, die in Form einer blau leuchtenden Plasmawolke wegfliegen. Auf einem einkristallinen Plättchen werden die Ionen wieder aufgefangen und bilden die dünne Schicht. Statt durch Laserbeschuss kann man ein solches Plasma auch durch Anlegen eines hochfrequenten Wechselfeldes erzeugen - dieses Verfahren heißt Sputtern und wird auch großtechnisch zur Herstellung von Computerelementen wie Prozessoren oder Festplatten verwendet. Um von einer dünnen Schicht zu einem Bauteil zu kommen, ist aber noch ein langer Weg. Zunächst werden mehrere Schichten verschiedener Materialien übereinander aufgebracht und strukturiert. Meist sind dann weitere Beschichtungs- und Strukturierungsschritte nötig. Für ein einzelnes Speicherelement ist man dann schon mal einige Tage beschäftigt. Egal ob all die Bemühungen schließlich zum erhofften Ziel geführt haben oder nicht – letztendlich ist es die Hauptaufgabe, herauszufinden, warum es funktioniert oder eben nicht.

Daran arbeiten neben mir aber auch noch viele andere Wissenschaftler in der ganzen Welt und zusammen werden wir dann bald sagen können, ob unsere Entwicklung in Zukunft in jedem Computer zu finden sein wird.

März 2005