WiSe 2021/22

Vorlesungszeiten:
Mo 15:15 - 16:45 Uhr, Do 15:15 - 16:45 Uhr 
Vorlesungsbeginn: Montag, 25. Oktober 2021

Die Vorlesungen und Übungen finden in Präsenz statt (entsprechend den universitätsweiten 3G Regeln).

Inhalte:

Die moderne Datenspeicherung und Sensorik auf der Basis von magnetischen Phänomenen lässt sich aus dem Alltag mittlerweile nicht mehr wegdenken. Durch die rasante Entwicklung sowohl im theoretischen Verständnis, als auch in der experimentellen Herstellung von neuen Materialien und Strukturen konnte in den letzten Jahren z.B. die Speicherdichte in magnetischen Speichermedien exponentiell gesteigert werden. In dieser Vorlesung behandeln wir magnetische Phänomene ausgehend von den Grundlagen bis hin zu relevanten Fragestellungen aus der aktuellen Forschung. Nach der Diskussion der grundlegenden Magnetismusarten (Dia-, Para-, Ferro-, Antiferro-, Ferrimagnetismus) werden anschließend mikroskopische Modelle für die Kopplung (Austauschwechselwirkung) entwickelt. Darauf aufbauend sollen die wichtigsten Aspekte wie magnetische Anisotropie, Temperaturabhängigkeiten, Oberflächen- und Grenzflächeneffekte usw. behandelt werden. Ein derzeit hochaktuelles anwendungsorientiertes Forschungsgebiet umfasst die Analyse von spinabhängigen Transportphänomenen und Spinelektronik, bei der die Wechselwirkung zwischen Magnetismus und elektrischem Strom untersucht wird (Riesen- und Tunnelmagnetowiderstand, Spin-Transfer Effekte, etc.). Dieses Stoffgebiet soll auf der Basis aktueller Fachpublikationen erörtert werden. Der Stoff der Vorlesung wird in der begleitenden Übung weiter vertieft.

Voraussetzung: Vorlesung über Festkörperphysik

Übungen zur Vorlesung: Der Stoff der Vorlesung wird in den begleitenden Übungen weiter vertieft.

Vorlesungszeiten:
Das Seminar findet als Blockseminar (je nach Teilnehmerzahl 1 - 2 Tage) in Präsenz (entsprechend den universitätsweiten 3G Regeln) statt, soweit die Corona Lage dies zulässt.
Die Vorbesprechungen finden nach Absprache mit dem Dozenten in Präsenz oder online statt.

Inhalte:  (English version below)
Magnetische Datenspeicher spielen in der modernen Informationstechnologie eine wichtige Rolle. In einem magnetischen Speicher wird ein digitales Bit (0 oder 1) üblicherweise in der Orientierung der Magnetisierung (z.B. „nach oben“ oder „nach unten“) in einem kleinen Volumen aus magnetischem Material gespeichert. Viele solcher magnetischen Bits nebeneinander bilden dann den magnetischen Speicher. Der große Vorteil von magnetischen Datenspeichern ist ihre Nicht-Flüchtigkeit: die Daten bleiben in geeigneten Strukturen über Jahre oder Jahrzehnte erhalten, ohne dass dazu Energie zugeführt oder der Speicher aufgefrischt werden müsste. Um allerdings eine kontinuierliche Erhöhung der Speicherdichte zu ermöglichen, sind immer wieder neue Ansätze für das elektrische Auslesen bzw. Schreiben der „magnetischen“ Information notwendig – oder sogar ganz neue Speicher-Konzepte.
Im Seminar wollen wir einerseits die physikalischen Grundlagen der magnetischen Datenspeicherung diskutieren. Dazu gehören neben den Eigenschaften des magnetischen Speichermaterials selbst insbesondere auch verschiedene magneto-elektrische Effekte, die ein schnelles und empfindliches elektrisches Auslesen oder das Schreiben der digitalen Information, d.h. das Ummagnetisieren eines kleinen Volumenelements, ermöglichen. Andererseits wollen wir die Grenzen der heutigen magnetischen Speichertechnologie aufzeigen und neuartige Speicherkonzepte besprechen. Dazu gehören neben dem sog. magnetic random acces memory (MRAM) vor allem dreidimensionale Speicher (magnetic racetrack memory) und topologische Magnete (skyrmion memory).

Contents:
Magnetic data storage has played and still plays a key role in modern information technology. In a magnetic memory, a digital bit (0 or 1) is stored in the orientation of the magnetization (e.g. "up" or "down") in a small volume of magnetic material. Many such magnetic bits next to one other then represent the magnetic memory. The great advantage of magnetic data storage devices is their non-volatility: in suitable structures, the data are retained for years or even decades without the need for energy supplies or refreshing processes. However, in order to ensure a continuous increase in storage density, new approaches for the electrical readout and writing of "magnetic" information are necessary – or even radically new storage concepts.             
In the seminar, we on the one hand will discuss the physical foundations of magnetic data storage technology. In addition to the properties of the magnetic materials themselves, this also includes various magneto-electrical effects that enable a fast and sensitive electrical readout or writing of digital information, i.e. the remagnetization of a small volume element. On the other hand, we want to address the limitations of today's magnetic storage technology and discuss novel storage concepts. In addition to the so-called magnetic random access memory (MRAM), these in particular include three-dimensional memories (magnetic racetrack memory) and topological magnets (skyrmion memory).

Voraussetzung: Vorlesung über Festkörperphysik

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Vorschau der Seminarinhalte