Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en
Stichting FOM zijn erin geslaagd om zeer energiezuinig de beweging
van magnetische domeinwanden te beheersen, middels elektrische
velden. De vinding is van groot belang voor de ontwikkeling van het
racetrack-geheugen, een veelbelovende nieuwe technologie voor
dataopslag.
Kwetsbare bewegende delen
Promovendus ir. Sjors Schellekens en collega's van de groep
Fysica van Nanostructuren van prof.dr. Bert Koopmans publiceerden
dit 22 mei online bij Nature Communications. Zij lossen
namelijk het probleem van elektrische geheugenchips en hun
grenzen op. Die grens is onvermijdelijk doordat elke bit
verbonden is met een - relatief grote en kostbare - transistor. Bij
magnetische opslag, zoals op een harde schijf, is dat niet het
geval.
Maar een harde schijf is veel te traag om de geheugenchip te
vervangen en is kwetsbaar door zijn bewegende delen. Daarom is in
2002 het concept bedacht van het racetrackgeheugen, waarin je veel
meer data op moet kunnen slaan dan in de huidige chips. In dit
geheugen stromen de magnetische bits - ultrakleine gebiedjes met
een verschillende magnetisatie - door een nanodraad heen en weer
langs de lees- en schrijfkop.
Alle onderdelen staan stil, alleen de data beweegt. Cruciaal
hiervoor is beheersing van de 'wandjes' die de magnetische bits
begrenzen: als het ene wandje sneller beweegt dan het andere, halen
ze elkaar in en gaat data verloren.
Horde omzeild
Tot dusverre kon men de snelheid van de wandjes alleen beheersen
met magneetvelden en stromen, wat niet energiezuinig is. De aanname
was dat het niet kon met elektrische velden, doordat die alleen
doordringen in de buitenste laag van het magnetische
opslagmateriaal.
De Eindhovense onderzoekers hebben deze horde omzeild door een
ultradun opslagmateriaal te gebruiken, slechts enkele atomen dik.
Daardoor bestaat het materiaal grotendeels uit 'buitenste laag',
waar de elektrische velden wel diep genoeg in doordringen. De
onderzoekers zijn er zo in geslaagd de snelheid van de wandjes met
meer dan een factor tien te veranderen. "En onze berekeningen laten
zien dat het effect nog vele malen groter kan worden", zegt
Schellekens.
Extreem zuinig en duurzaam
Een groot voordeel van de elektrische velden is dat er amper
energieverbruik is, en een zeer kleine stroomvoorziening dus
volstaat. Hierdoor wordt het mogelijk om data beschikbaar te maken
op plaatsen waar dat nu niet kan. Denk aan compacte autonome
elektronica, bijvoorbeeld in het menselijk lichaam of in kleding,
vertelt hoogleraar Koopmans.
Op korte termijn verwacht hij dat de vinding een stroom van
nieuw onderzoek gaat uitlokken om het effect te verbeteren en om
nieuwe mogelijkheden te ontdekken. De eerste toepassingen verwacht
hij binnen een termijn van tien jaar.
'Electric-field control of domain wall motion in
perpendicularly magnetized materials' van A.J. Schellekens , A.v.d.
Brink, J.H. Franken, H.J.M. Swagten en B. Koopmans (allen
Technische Universiteit Eindhoven) verscheen gisteren, 22 mei, bij
Nature Communications. doi: 10.1038/ncomms1848. http://bit.ly/LpP6Ja