Magnetische data schrijven met licht

Op de vinding hebben de onderzoekers patent aangevraagd. Eind juli verschijnt een publicatie hierover in het gezaghebbende wetenschappelijk tijdschrift Physical Review Letters.


Data schrijven met licht
Het principe van data schrijven met behulp van superkorte circulair gepolariseerde laserpulsen. De laserbundel zwaait heen en weer over het monster. Tegelijkertijd wordt de polarisatie van de laserbundel voortdurend gewisseld tussen linksom en rechtsom. De lichtdeeltjes uit de laser dragen een zogeheten hoekmoment. Tijdens het korte moment dat de laserpuls een puntje van het oppervlak belicht, wordt dat iets verhit, waardoor het hoekmoment van de lichtdeeltjes de magnetische richting van het materiaal kan veranderen. Door de polarisatie af te wisselen gaat de magnetische richting of de ene of de andere kant uit. Dat is het equivalent van dataopslag in nullen en enen, die vervolgens ook weer kan worden uitgelezen.
Illustratie: Daniel Stanciu
Als je een magneet wilt ompolen – dat wil zeggen noord en zuid verwisselen – dan doe je dat normaliter door er een sterkere magneet dichtbij te brengen. Op dezelfde manier gebeurt dat op de harde schijf van een computer waar de bits (enen en nullen) worden weggeschreven in kleine magnetische domeinen. Tegenwoordig kan dat binnen een paar nanoseconden (1 nanoseconde is een miljardste deel van een seconde). Dat lijkt misschien snel – en is ook verbluffend snel in vergelijking met computers van een halve eeuw geleden – maar met de huidige technologie zijn verdere verbeteringen onmogelijk. Ook vanuit fundamenteel oogpunt leek dit de limiet te zijn. De onderzoekers in Nijmegen hebben echter een geheel andere methode gevonden die deze snelheidslimiet met gemak achter zich laat. Zij wisten met een zogeheten circulair gepolariseerde lichtflits die slechts 40 femtoseconde duurt, ompoling te bewerkstelligen. Dit is zo’n honderdduizend maal sneller dan de huidige limiet van magnetisch ompolen (een femtoseconde is een miljoenste deel van een miljardste seconde). Nog recent is in de wetenschappelijke literatuur beweerd dat dit een onmogelijk idee zou zijn, maar zeg nooit nooit, constateert een van de onderzoekers, Alexey Kimel.

Met laserlicht magneten bewerken
In een harde schijf zitten rond de twee biljoen magneetjes. Om informatie over te dragen, moeten die magneten zeer snel omschakelen. Die schakeling wordt veroorzaakt door een elektromagneet. Staat de stroom aan, dan wordt een magneetveld opgewekt en schakelt de magneet 180 graden om. Hoe sneller de stroom aan- en uitgeschakeld wordt, hoe sneller de computer wordt. Er zit echter een beperking aan de schakelsnelheid van stroom: op zijn snelst is die een paar nanoseconden per schakeling.
Wetenschappers over de hele wereld vielen over de Nijmeegse onderzoekers heen toen deze opperden dat je voor het ompolen ook een laser zou kunnen gebruiken. Magneten beïnvloeden met licht kán niet, schreef de een; laserlicht heeft niet voldoende energie, liet een ander weten. Vorig jaar nog kwam er een boek uit over magnetisme, waarin het idee als volslagen onmogelijk werd afgedaan. Op zich ook niet zo vreemd: de huidige, op de thermodynamica gebaseerde theorieën, hebben ook geen verklaring voor deze opzienbarende resultaten. De Nijmeegse onderzoekers zelf laten zich daar niet door weerhouden, en zijn al weer bezig om de volgende barrière te slechten: hoe dit ultrasnelle schakelen toe te passen op nanomagneetjes, ofwel magneetjes die 10 tot 100 maal kleiner zijn dan de golflengte van het gebruikte licht. De gebiedjes (domeinen) die door de huidige laserpulsen worden bestreken, zijn ongeveer 5 micrometer in doorsnede (een micrometer is een duizendste millimeter) en dat is veel grover dan in bestaande systemen. Met die nanomagneetjes kan dit bezwaar worden ondervangen. De onderzoekers werken daarvoor samen met een groep in Zwitserland.

Het onderzoek aan de Radboud Universiteit Nijmegen is mede gefinancierd door het EU-RTN-netwerk ‘Dynamics’, het NanoNed-programma en NWO (een Vidi- subsidie van het Gebied Natuurkunde voor dr. Alexey Kimel).




vergroten Figuur 1.