Disk-Oberflächen – Forschung im Grenzbereich

Die Festplatte im Magnetic Force Microscop

16.07.2007 | Autor / Redakteur: Bernd Schöne / Nico Litzel

Ein kommerziell erhältliches Magnetic Force Microscop kostet etwa 500.000 Schweizer Franken.
Ein kommerziell erhältliches Magnetic Force Microscop kostet etwa 500.000 Schweizer Franken.

Noch in diesem Jahr werden nach Hitachi Global Storage Technology (HGST) auch Seagate und Samsung ihre ersten Terabyte-Festplatten ausliefern. Die Schreibdichte ist bei diesen Festplatten so hoch, dass selbst ein Elektronenmikroskop keine Details mehr zeigt. Welche Mittel haben Forscher um nachzuweisen, dass ihre Ideen auch im Nanometer-Bereich funktionieren?

Eine Digitalkamera nimmt die Welt zeilenweise auf, ein Röhrenfernseher gibt sie zeilenweise wieder. 1986 hatte der Physik-Nobelpreisträger Gerd Binnig die Idee, auch die Welt des Ultrakleinen, dort wo selbst Elektronenmikroskope versagen, auf diese Weise zu erforschen.

Die Idee des sogenannten Rasterkraftmikroskops ist denkbar einfach. Eine nur wenige Nanometer große Spitze tastet die Oberfläche der Probe ab, nur auf Distanz gehalten von atomaren Kräften. Die Spitze hängt an einer Biegefeder, auch Cantilever genannt, deren Ausschläge durch Sensoren aufgezeichnet werden. Meist geschieht das über Laserdioden und Spiegel am Cantilever. Zeile für Zeile tastet das Rasterkraftmikroskop so die Oberfläche ab.

Tauscht man beim Rasterkraftmikroskop die ursprüngliche Spitze gegen eine magnetische aus, so wird daraus ein Magnetic Force Microscop (MFM). Es benötigt zwei Durchläufe. Beim ersten wird mit einer nicht-magnetischen Spitze das Höhenprofil erfasst. Dieses Profil dient als Grundlage für die zweite Messung. Dazu wird eine ferromagnetisch beschichtete Spitze im konstanten Abstand (dieser ist durch die erste Messung ja bekannt) über die Platte geführt und die Ausschläge der Blattfeder registriert. Diese haben nun nichts mehr mit dem Höhenprofil zu tun, sondern sind ein Abbild der lokalen magnetischen Feldstärke. Ursache sind die digitalen Informationen, die auf einer Festplatte als Nord/Süd polarisierte magnetische Domänen vorliegen.

Das MFM erfasst dabei allerdings stets nur den Gradienten, also die Änderungen der Feldstärke. HR-MFM-Apparate sind Mikroskope, die besonders hoch aufgelöste (High-Resolution) Bilder liefern. Die technische Grenze liegt zurzeit bei knapp unter 10 Nanometern.

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