Dataopslag vele malen sneller met materiaal dat anti-ferromagnetisch is

Een harde schijf in behuizing. In de toekomst kan magnetische dataopslag wellicht 10.000 keer sneller. foto bloomberg news A Fujitsu Ltd. hard-disk drive( HDD) is arranged for a photograph in Tokyo, Japan, on Wednesday, Jan. 14, 2009. Toshiba Corp. and Fujitsu Ltd. are in final talks to combine their hard-disk drive businesses as the computer makers try to reduce costs, according to four people familiar with the discussions. Photographer: Haruyoshi Yamaguchi/Bloomberg News BLOOMBERG NEWS

Fysici die met lasers werken, kennen het Faraday-effect. Dat effect zorgt ervoor dat de polarisatie van licht drastisch verandert als je een gepolariseerde lichtbundel door een magnetisch materiaal stuurt. Onderzoekers uit Nijmegen, Kiev en St. Petersburg doen precies het omgekeerde. Zij gebruiken gepolariseerd licht om een magnetische puls op te wekken. Daarmee laten ze de magnetisatie in een materiaal omklappen. Wanneer zij dat materiaal slim kiezen, kunnen zij waanzinnig snel ‘schakelen’ met licht en dat kan magnetische dataopslag, zoals in een harde schijf, weer vele malen sneller maken (Nature Physics, 23 augustus).

In een harde schijf definieert de magnetisatie van kleine gebiedjes de waarde van de bits. Die magnetisatie hangt af van de oriëntatie van de ‘spin’ van de elektronen in het gebiedje. De spin kan ‘op’ of ‘neer’ wijzen. Een bit is ‘1’ als de spins in het gebiedje ‘op’ wijzen en ‘0’ als ze ‘neer’ wijzen. Een magneetveld (of lichtpuls dus) kan de spins laten omklappen en zo een bit ‘schrijven’.

De onderzoekers onder aanvoering van Alexey Kimel van de Radboud universiteit gebruikten echter een ander materiaal dan in harde schijven gebruikelijk is. In die gebruikelijke ferromagnetische materialen (ijzer, nikkel en kobalt zijn er voorbeelden van) hebben de spins vanzelf de neiging dezelfde kant op te wijzen. Kimel en collega’s gebruikten echter een antiferromagnetisch materiaal (een holmiumverbinding). Daarin wijzen de spins om en om ‘op’ en ‘neer’. Gek genoeg bleek in deze materialen een klein zetje genoeg om de spins te laten omklappen.

In feite ontdekten zij zo dat antiferromagnetische materialen ‘traagheid’ bezitten. Ofwel: een klein tikje met een magnetische puls zet het omklappen al in gang. Zoals een klein tikje met een keu genoeg is om een biljartbal nog een tijd te laten voortrollen.

Ferromagnetische materialen kennen deze eigenschap niet. Om hierin de magnetisatie om te polen, moet een magneetveld worden aangelegd voor de hele duur van het omklappen – in huidige harde schijven worden bits geschreven met magnetische pulsen van 1 nanoseconde (miljardste seconde). De pulsen van Kimels team waren slechts eentiende van een picoseconde – tienduizend keer korter. Dat biedt perspectief om vliegensvlug hele lange rijen bits te schrijven, schrijft het team. En dat brengt bijvoorbeeld driedimensionale beeldschermen in het verschiet.

Margriet van der Heijden