Terwijl big data en cloudapplicaties floreren, een van de grote uitdagingen voor toekomstig computergebruik is het vinden van energie-efficiënte methoden voor gegevensopslag.

Magnetisch materiaal wordt vaak gebruikt voor gegevensopslag - denk aan magnetische strips op de achterkant van een creditcard - en de mogelijkheid om de "polariteit" (magnetisatierichting) van magnetische deeltjes om te draaien die gedurende lange tijd worden vastgehouden zonder dat er stroom voor nodig is, is essentieel naar niet-vluchtig magnetisch geheugen.

Een groep onderzoekers van de Virginia Commonwealth University School of Engineering heeft een proces ontwikkeld om deze omkering van magnetische "polariteit" te bewerkstelligen. De methode van de groep biedt een aanzienlijke vermindering van de energie die nodig is voor big data en cloudgeheugenopslag.

"Als je kijkt naar de energiebesparing die dit oplevert, het is een grote verandering, " zei Jayasimha Atulasimha, doctoraat, Qimonda universitair hoofddocent bij de afdeling Mechanical and Nuclear Engineering. "Dit heeft het potentieel om het energieverbruik bij het schakelen van niet-vluchtige magnetische geheugenapparaten aanzienlijk te verminderen."

Het systeem dat Atulasimha en promovendi Dhritiman Bhattacharya en Md Mamun Al-Rashid hebben ontworpen, maakt gebruik van een elektrisch veld om de richting van magnetische skyrmionen om te keren. Een magnetisch skyrmion is een magnetische toestand die wordt gekenmerkt door een kern die naar boven of naar beneden wijst, en roteert progressief van de kern naar de periferie.

Bhattacharya ontdekte dat alleen een elektrisch veld een omslag in kernmagnetisatie kan veroorzaken. Met behulp van een elektrisch veld, in plaats van stroom of een magnetisch veld, biedt de mogelijkheid van energiezuiniger magnetisch geheugen voor computers.

"Het opwindende aan dit soort magnetische codering is dat het maar een kleine hoeveelheid energie kost om te draaien en als je eenmaal de gewenste richting hebt, het kan daar lang blijven. Geen extra energie nodig, ' zei Bhattacharya.

Al-Rashid heeft de bevindingen van Bhattacharya onafhankelijk gebenchmarkt.

"We waren verrast door de vroege resultaten dat alleen een elektrisch veld de skyrmion-kern kon omkeren, maar begrijpen nu waarom dit gebeurt, ' zei Al-Rashid.

In de volgende fase van het onderzoek van de groep, ze gaan onderzoeken hoe dit proces werkt in aanwezigheid van thermische ruis bij kamertemperatuur. Ze zullen ook bepalen hoe gecontroleerd het proces is om te beoordelen of de polariteiten elke keer kunnen worden omgekeerd bij dergelijke verstoringen.

Naast energiebesparing voor big data-opslag, deze technologie kan toepassingen hebben in in het lichaam ingebouwde apparaten, zodat ze kunnen werken met minder frequente batterijvervangingen. Het kan ook een hulpmiddel zijn voor meer geavanceerde logica bij het verwerken en ophalen van gegevens.

"Op dit moment hebben we een idee dat wordt ondersteund door rigoureuze simulaties, " zei Atulasimha. "We hopen dit systeem uitgebreider te bestuderen en samen te werken met andere experimentele groepen om een ​​solide proof-of-concept op te zetten in de hoop dat dit idee toepassingen ziet in een van deze gebieden."