Computergeheugen snel én stabiel door palwiel

Computergeheugen is ofwel snel en vluchtig, zoals de RAM-chips in de personal computers, die hun informatie verliezen als ze even geen stroom krijgen. Ofwel het is permanent maar traag, zoals de flash-geheugens in USB-sticks.

Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben nu een derde type geheugen dichterbij gebracht dat even snel is als RAM, maar ook permanent: het ‘racebaangeheugen’. Hoofdbestanddeel is een kleine lus van magnetisch materiaal, waarin de enen en nullen gecodeerd zijn als magneetveldjes in twee verschillende richtingen.

In 2008 lieten onderzoekers van Almaden Research Centre in San José zien dat een elektrisch stroompje in zo’n lus alle magneetveldjes een eindje opschuift. Door alsmaar door te schuiven zou je met een lees- en schrijfkop op één punt in de lus uiteindelijk alle bits kunnen uitlezen of veranderen, zoals ook aan de finish van een racebaan uiteindelijk alle auto’s langskomen.

Dat is tenminste het idee, want het laboratorium is het racebaangeheugen nog niet ontstegen. Zo veroorzaken de benodigde stroompjes te veel warmte voor een praktische toepassing op een chip.

Jeroen Franken en twee collega’s hebben nu een een alternatieve aandrijving voor de circulerende bits bedacht, een zonder stroompjes (Nature Nanotechnology, 15 juli online). De aandrijving is gebaseerd op het mechanische principe van de ratel of het ‘palwiel’, dat al eeuwen wordt gebruikt in klokken.

Een pal die heen en weer beweegt langs een zaagtandprofiel zal omhoogglijden op de schuine stukken, om in de andere richting te blijven haken achter het steile verticale gedeelte van het profiel. De pal zal dus per saldo in één richting geduwd worden.

Franken wist een magnetisch palwiel te maken door zijn platina-kobalt-lusje van ongeveer 16 micrometer (een micrometer is een duizendste millimeter) te impregneren met gallium-ionen in een zaagtand-concentratieprofiel. Een wisselend magneetveld beweegt de bits heen en weer. Daarbij kunnen ze wel soepel over de schuine stukken van het concentratieprofiel bewegen, maar ze blijven haken achter de steile stukken van het zaagttandprofiel.

Hierdoor bewegen de bits in deze constructie per saldo in één richting, zodat ze langs een uitleeskop te dirigeren zijn. En dat zonder dat er storende elektrische stroompjes aan te pas komen. Volgens de onderzoekers zijn de benodigde wisselende magnetische velden ook in een microchip gemakkelijk aan te leggen.