Superparamagnetischer Effekt

Superparamagnetische Flüssigkeit: Nanopartikuläre Eisenoxidpartikel in wässriger Suspension. Die Flüssigkeit wird durch den Magneten gehalten.

Superparamagnetismus, auch superparamagnetischer Effekt genannt, bezeichnet die magnetischen Eigenschaften sehr kleiner Teilchen eines ferromagnetischen Materials, die auch bei Temperaturen unterhalb der Curie-Temperatur keine bleibende Magnetisierung halten. Grund für dieses Phänomen sind thermische Anregungen, durch die sich die Magnetisierungsrichtung dreht. Eine Ansammlung solcher Teilchen verhält sich daher makroskopisch wie ein Paramagnet. Im Gegensatz zu einem Paramagneten sind es nicht einzelne Atome, sondern kleine magnetische Partikel, die ihre Magnetisierungsrichtung unabhängig voneinander verändern.

Superparamagnetismus tritt umso eher auf, je geringer die magnetische Anisotropie der Teilchen ist, wenn es also leicht ist (d. h. wenig Energie benötigt wird), die Magnetisierungsrichtung zu drehen. Der Effekt tritt bei Teilchengrößen bis zu ca. 10 nm auf. Die Temperatur, oberhalb derer Superparamagnetismus auftritt (bzw. unterhalb derer die Teilchen die Magnetisierung nicht verändern) wird als blocking temperature (engl.) bezeichnet.

Bedeutung für magnetische Speichermedien

Bei der magnetischen Datenaufzeichnung, z. B. auf Festplatten, stellt der Superparamagnetismus eine physikalische obere Grenze der möglichen Aufzeichungsdichte dar, weil dafür sehr kleine magnetische Körner benötigt werden. Die Verkleinerung führt zu höherer Empfindlichkeit gegenüber thermischer Anregung und kann zu spontanem Verlust der Magnetisierung und damit der gespeicherten Informationen führen.

Es wird daher versucht, für Festplatten Materialien mit möglichst hoher magnetischer Anisotropie zu verwenden, allerdings ist das nur soweit möglich wie diese noch durch den Schreibkopf ummagnetisiert werden können. Durch kurzzeitiges Erhitzen kann das Ummagnetisieren (Schreiben) solcher Materialien erleichtert werden. Diese Methode ist als HAMR-Technik (engl. Heat Assisted Magnetic Recording) bekannt und soll eine Steigerung der Aufzeichnungsdichte zukünftiger magnetischer Speichermedien ermöglichen.

Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Speicherdichten besteht darin, statt vieler magnetischer Körner (einiger hundert) nur eines pro Bit zu verwenden. Dann können trotz Verwendung größerer Körner sehr hohe Aufzeichnungsdichten erreicht werden; diese Körner müssen allerdings so angeordnet sein, dass der Schreib- und Lesekopf der Festplatte den Reihen der Körner folgen kann. Solche Speichermedien lassen sich mit Hilfe von Lithografie-Techniken wie z. B. Elektronenstrahl- oder Ionenlithografie herstellen, existieren allerdings bisher nur im Labor und sind als patterned media (engl.) bekannt.