Synthese von nanogranularen SmCo5-Dünnschichten für magnetische Datenspeicher mit ultrahoher Dichte

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Shalini Sharma
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577950823

Neue Technologien wie künstliche Intelligenz und das Internet der Dinge beruhen auf einer exponentiellen Steigerung der weltweiten Datenmenge und erhöhen diese gleichzeitig substantiell. Die weltweite Datenerzeugung und –speicherung wird bis 2028 voraussichtlich auf etwa 400 Zettabyte anwachsen. Die konventionelle magnetische Speichertechnologie wird daher noch viele Jahre lang das Massenspeichermedium der Wahl bleiben. Die Erhöhung der Flächendichte von Festplattenlaufwerken, um den Anforderungen an die Datenspeicherung gerecht zu werden, bleibt daher eine essentielle Herausforderung. Um eine ultrahohe Flächendichte von mehr als 4 Tb/in2 zu erreichen, muss der Durchmesser der ferromagnetischen Körner auf etwa 4 nm reduziert werden, wobei gleichzeitig ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis aufrechterhalten werden muss. Mit der Verringerung der Korngröße kann jedoch die Magnetisierung der Körner leicht variieren, da die magnetokristalline Energie mit der thermischen Energie vergleichbar wird. Dieses Problem kann durch die Verwendung von Materialien mit sehr hoher magnetokristalliner Anisotropie überwunden werden, um die reduzierten Abmessungen der Körner auszugleichen. In diesem Antrag wird eine nanokörnige Struktur des ultimativen Materials SmCo5 mit der höchsten magnetokristallinen Anisotropie in Dünnschichten als ein Schritt zur Revolutionierung der Technologie magnetischer Speichermedien vorgeschlagen. Die extrem hohe Anisotropie der SmCo5-Phase von 20 MJ/m3 kann zu extrem kleinen thermisch stabilen Korngrößen von 2,2 nm führen, die kleiner sind als die Korngrößen, die in den derzeit verwendeten Speichermedien auf FePt-Basis möglich sind. Solch kleine Korndurchmesser können zu einer potenziellen Verzehnfachung der Flächendichte von Festplattenlaufwerken führen. Das Ziel dieses Projekts ist es, eine Mikrostruktur zu schaffen, in der c-Achsen-texturierte SmCo5-Körner mit feinster Korngröße und hoher Anisotropie durch ein geeignetes Segregationsmaterial isoliert werden. Die Korngröße, Korndichte und der Abstand zwischen den Körnern werden auf hochpräzise Weise abgestimmt, um eine extrem hohe Dichte zu erreichen. Um das Schreiben oder Umschalten solch hochanisotroper Körner bei niedrigeren Magnetfeldern und Temperaturen zu erleichtern, werden wir austauschgekoppelte nanokörnige Verbundfilme in Form von Doppel- und Gradientenschichten entwickeln. Dadurch können wir das Umschaltfeld der hartmagnetischen SmCo5-Körner abstimmen und gleichzeitig die thermische Stabilität der magnetischen Bits erhalten. Mit dieser Arbeit werden wir SmCo5 als das ultimative magnetische Speichermedium qualifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen