Von Spinwellen und Speicherdichten

Zwei Studenten der TU Chemnitz befassen sich mit magnetischen Nanostrukturen und nutzen dafür intensiv den Hochleistungsrechner CHiC

In einer Zeit, in der alles immer schneller und größer wird, befassen sich zwei Studenten der Technischen Universität Chemnitz mit der mikroskopisch kleinen Welt der magnetischen Nanostrukturen. Der Begriff "Nanostrukturen" umfasst jedoch nur grob die vielseitigen Forschungsthemen mit dem sich Robert Rückriem und Benno Oehme an der Professur für Oberflächen und Grenzflächenphysik beschäftigen. Während Robert Rückriem Spinwellen untersucht, liegt das Interesse von Benno Oehme bei den Speichermedien.

Benno Oehme studiert an der TU Chemnitz im letzten Mastersemester Computational Science (rechnergestützte Naturwissenschaften). Sein Masterarbeitsthema fand er an der Professur für Oberflächen und Grenzflächenphysik von Prof. Dr. Manfred Albrecht. "Ich wollte unbedingt etwas mit Experimenten und Simulationen machen. Durch Zufall habe ich gesehen, dass Prof. Albrecht so etwas anbietet und hab ihn einfach gefragt. Er meinte, dass man es super verbinden könnte", erzählt der 24-Jährige, wie er an die Professur kam. Nun arbeitet er an dem Thema "Mikromagnetische Simulationen und Experimente an Multilevelsystemen". Sein Ziel ist es, geschichtete Nanostrukturen hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften zu untersuchen, da diese hohe Speicherdichten ermöglichen, was für die Festplattenindustrie von großem Interesse ist.

Der gebürtige Chemnitzer Robert Rückriem studiert Physik an der TU Chemnitz und arbeitet in der Experimentalphysikgruppe, zu der auch Benno Oehme gehört. Im Gegensatz zu seinem Kollegen ist Robert Rückriem bereits seit 1,5 Jahren bei Prof. Albrecht tätig. Allerdings war auch sein Ausgangspunkt ein Arbeitsthema. "Ich hatte vor, meine Bachelorarbeit hier zu schreiben und habe überlegt, was ich machen könnte. Schon damals lag mein Interesse bei angewandten Simulationen, die nahe am Experiment angesiedelt sind. Ich hatte gehört, dass es bei Prof. Albrecht jemanden in der Experimentalphysikgruppe geben soll, der sich genau mit dieser Thematik auseinandersetzte", berichtet der 22-Jährige und erzählt, wie er Dr. Philipp Krone kennenlernte. Der damalige Promotionsstudent am Institut für Physik beendete gerade seine Dissertation, als Robert Rückriem sich an ihn wandte. In kurzer Zeit führte Philipp Krone den Studenten in sein Forschungsfeld ein, das er später übernahm. "Ich beschäftige mich hauptsächlich mit der Frage, welche zeitabhängige Magnetisierungsphänomene, sogenannte Spinwellen, in magnetischen Nanostrukturen beobachtet werden können. Ich schaue, wie sich diese Spinwellen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern verändern und nutze dafür intensiv den CHiC", erklärt Rückriem.

Die Abkürzung CHiC steht für den Chemnitzer Hochleistungs-Linux-Cluster, den alle Angehörigen der TU Chemnitz für ihre wissenschaftlichen Projekte nutzen können. Robert Rückriem koordiniert die Arbeit der Experimentalphysikgruppe auf dem CHiC und erklärt, worin der Vorteil des Clusters besteht: "Dadurch, dass er aus so vielen Einzelrechnern besteht, können wir parallel viele Rechnungen mit unterschiedlichen Anfangswerten starten. Dabei variieren wir sowohl Materialparameter wie die Sättigungsmagnetisierung oder die magnetische Anisotropie als auch die Geometrie der Nanostruktur. Die gleichzeitige Simulation mit all diesen Variablen ermöglicht uns das zeiteffiziente Abfahren eines großen Parameterraumes. Das ist genial, weil wir ohne die große Anzahl an Rechner im CHiC dies niemals könnten." Robert Rückriem und Benno Oehme können mit dem CHiC Simulationen zu ihrem jeweiligen Arbeitsgebiet des Magnetismus durchführen und Ergebnisse aus Experimenten bestätigen oder Hinweise geben, wie ein Experiment gestaltet sein muss, um bestimmte Resultate zu erzielen. "Mit diesem Zusammenspiel aus Experiment und Simulation kann man im Magnetismus sehr viele Vorhersagen machen, die wir für unsere vielen Problemstellungen nutzen können", erläutert Rückriem. Er verdeutlicht damit, dass in der Experimentalphysikgruppe um Prof. Albrecht eine Vielzahl unterschiedlicher Problemstellungen des Magnetismus bearbeitet wird, die mit Simulationen unterstützt werden. Die Themen Spinwellen und Speichermedien sind nur zwei dieser Forschungsbereiche.

"Es kommen immer neue Fragestellungen dazu, aber das ist kein Problem für unsere Arbeit mit dem CHiC", meint Benno Oehme, denn der CHiC kann von einen bis zu 30 Tagen genutzt werden. "Die Nutzungsdauer des CHiCs bestimmt jeder selbst, und wenn er merkt, dass er noch mehr Zeit benötigt, kann die Dauer verlängert werden. Allerdings achten wir immer darauf, dass alle Ressourcen gleichmäßig über die Nutzer verteilt werden", erläutert René Oertel, Administrator des CHiCs. Besonders Robert Rückriem dürfte dies freuen, denn er möchte noch weitere Simulationen auf dem CHiC durchführen. "Das erfolgreiche Zusammenführen von Simulation und Experiment ermöglicht uns ein umfassendes Verständnis der stattfindenden physikalischen Mechanismen", begründet er sein Interesse an der Arbeit. Zukünftig könnte Robert Rückriem sogar noch mehr Simulationen mittels des Clusters durchführen, denn es ist eine Erneuerung des CHiCs in Planung, was mehr Rechenressourcen und eine höhere Leistungsfähigkeit bedeuten würde. Wann der neue Cluster den Studenten zur Verfügung stehen wird, ist jedoch noch nicht sicher, so René Oertel. Für die beiden Studenten ist dies auch von großer Bedeutung, erklärt Robert Rückriem: "Die Simulation von größeren magnetische Strukturen im Mikrometerbereich erfordert eine hohe Rechenleistung, wodurch natürlich auch unser Interesse für eine Ressourcenerweiterung des CHiCs groß ist."

(Autorin: Sandra Edel)

Noch bis zum 9. September 2012 zeigt das Sächsische Industriemuseum Chemnitz in einer Sonderausstellung die Entwicklung von der Rechenmaschine zum Supercomputer - weitere Informationen: http://www.saechsisches-industriemuseum.de

Katharina Thehos
04.07.2012

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