NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/nieuws/2009/08/24/trage-magneten-helpen-ultrasnelle-data-opslag/

Geprint op :
18 januari 2019
06:03:16

Magneten en inertie
Magneten met inertie zijn een interessant onderzoeksobject. Door de inertie, ofwel traagheid van een magneet, kan deze relatief makkelijk worden omgepoold. Dat wil zeggen dat de noord- en zuidpool uitwisselen. Er is dan slechts een korte tijd een kracht (door een magneetveld) nodig. Dit kun je vergelijken met de beweging van een biljartbal: de keu brengt hem slechts gedurende een kort moment in beweging en de bal rolt daarna door vanwege zijn inertie (massa).

Als je een magneet wilt ompolen, gebeurt dat normaliter door het aanleggen van een sterk magnetisch veld. Hetzelfde gebeurt in de harde schijf van een computer, waar de bits (enen en nullen) worden weggeschreven in kleine magnetische domeinen. De periode waarin het magnetische veld aangelegd moet worden is gelijk aan de tijd die de magnetisatie nodig heeft om 180 graden te draaien. Haal je het magnetische veld weg dan stopt de magnetisatiebeweging meteen omdat de magnetisatie in gewone ferromagneten (bijvoorbeeld nikkel, ijzer of cobalt) geen inertie heeft. Daarom moet in de huidige harde schijven het magnetische veld tenminste 1 nanoseconde (1 nanoseconde is een miljardste deel van een seconde) aangelegd worden om een bit te schrijven. Dat lijkt misschien heel kort, maar als het over honderden gigabits van informatie gaat, kan dat heel lang gaan duren. De vraag is: kan dit niet sneller?

Supersnelle magnetische data-opslag
Magnetische spin kan twee kanten op wijzen: omhoog of omlaag. In ferromagneten wijzen alle spins een kant op (parallel). In antiferromagneten wijzen spins om en om in verschillende richtingen en zijn dus antiparallel. Dat maakt voor de magnetische eigenschappen een cruciaal verschil en daar gaat het in antiferromagneten juist om.

Kimel en collega's hebben nu vastgesteld dat in antiferromagneten magnetische spins inertie hebben. De onderzoekers laten vervolgens zien dat door deze traagheid een magneetveld dat slechts 100 femtoseconden aanstaat (een femtoseconde is een miljoenste deel van een nanoseconde) een impuls aan deze spins kan overdragen. Hierdoor blijven deze bewegen nadat de impact van het korte magneetveld voorbij is, inderdaad analoog aan de beweging van een biljartbal na de impact van de keu. Met deze ontdekking kan een revolutionair nieuw scenario voor magnetische data-opslag gerealiseerd worden omdat het proces tot wel 10.000 maal sneller gaat dan tot nog toe mogelijk is.

"Vijf jaar geleden was dit onmogelijk!"
Inertie is een zeer fundamenteel verschijnsel. Waarom hebben mensen dit vroeger niet gevonden? Alexey Kimel, een van de betrokken onderzoekers, licht dit toe: “Om inertie van spins te kunnen waarnemen is een magnetische veldpuls nodig met een sterkte van 1,5 tesla en korter dan 1 picoseconde (een picoseconde is een duizendste deel van een nanoseconde). Dat is niet alleen 1.000 keer sneller dan in de huidige harde schijf, maar zou ook honderd keer sneller zijn dan magnetische pulsen in gewone universitaire of industriële R&D-laboratoria. Vijf jaar geleden was het absoluut ondenkbaar geweest om zulke korte pulsen in ons lab te hebben, maar in 2005 hebben wij vastgesteld dat met behulp van circulair gepolariseerde lichtflitsen zulke korte pulsen gegenereerd kunnen worden. Daarmee hebben wij een uniek instrument verkregen om magnetisme op zeer korte tijdschaal te bestuderen. Het feit dat magnetische spins traagheid kunnen hebben, in combinatie met het supersnel schakelen van spins dankzij dit verschijnsel, is een van de eerste ontdekkingen in het terra incognita van ultrasnel magnetisme dat wij net betreden hebben.”

Het onderzoek aan de Radboud Universiteit Nijmegen is mede gefinancierd door de Stichting FOM, een Vidi-subsidie van NWO voor dr. Alexey Kimel, het EU-NMP-netwerk 'UltraMagnetron', het EU-ITN-netwerk 'FANTOMAS', INTAS, het NanoNed-programma, de Russian Foundation for Basic Research (RFBR) en de Ukrainian Foundation for Basic Research -Ministry of Education and Science.

Referentie
Inertia-driven spin switching in antiferromagnets, Alexey V. Kimel, Boris A. Ivanov, Roman V. Pisarev, Pavel A. Usachev, Andrei Kirilyuk and Theo Rasing, Nature Physics, August 23, 2009.

Meer informatie
Dr. Alexey Kimel, Radboud Universiteit Nijmegen, telefoon (024) 365 30 26.