Onderzoekers van het departement Natuurkunde, Universiteit van Jyväskylä, Finland, hebben een theorie ontwikkeld die de eigenschappen voorspelt van nanomagneten die worden gemanipuleerd met elektrische stromen. Deze theorie is nuttig voor toekomstige kwantumtechnologieën. Het onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Hoe maak je snellere magnetische herinneringen?

Op harde schijven van computers wordt de informatie opgeslagen in de magnetische toestanden van kleine nanomagneten als nullen en enen. "Zero" wordt dus gecodeerd als de zuid-noord-magnetisatie, en "één" als de "noord-zuid" magnetisatie. Het schrijven van informatie vereist dus het draaien van de magnetisatie, terwijl het lezen ervan betekent dat je de magnetisatietoestand moet achterhalen. De snelheid van harde schijven hangt dus af van hoe snel deze processen kunnen worden gerealiseerd. Het uitleesproces is gebaseerd op elektrische stromen en kan daarom snel worden gemaakt. Anderzijds, schrijven moet meestal via magnetische velden, wat veel langzamer gaat. Al meer dan 20 jaar kennen natuurkundigen een proces, spin overdracht koppel, waarmee ook schrijven kon worden gerealiseerd met behulp van elektrische stroom. Het probleem dat het gebruik ervan in commerciële producten belemmert, is de verhitting die dit proces veroorzaakt. Door deze verwarming het proces is gevoeliger voor fouten. Het omschakelen van de magnetisatietoestand is een stochastisch proces, wat betekent dat de uiteindelijke uitkomst niet zeker is. Het probleem wordt moeilijker naarmate de temperatuur stijgt.

Willekeurige precessie van magnetisatie

De onderzoekers slaagden erin een theorie te ontwikkelen waarmee ze de waarschijnlijkheid van de veranderingen in de magnetisatie kunnen evalueren in situaties waarin deze wordt gemanipuleerd door elektrische stroom. Dezelfde theorie geeft de waarschijnlijkheid van het wederzijdse proces, spin pompen, waar de beweging van de magnetisatie stroom in het circuit pompt. Dit laatste proces wordt gebruikt voor het genereren van radiofrequenties, en het is ook stochastisch, wat betekent dat de gepompte stroom willekeurige fluctuaties heeft, lawaai. Vooral, de onderzoekers zijn erin geslaagd om erachter te komen hoe deze ruis zich gedraagt ​​​​in de kwantumlimiet van magnetisatieprecessie, waar de precessiefrequentie groot is. Eerder werk had zich geconcentreerd op lage frequenties. Daarom, dit werk zal met name nuttig zijn voor op magnetisme gebaseerde kwantumtechnologieën.

Het resultaat is heel algemeen en eenvoudig, maar om het te vinden, was het gebruik van gecompliceerde theoretische hulpmiddelen vereist. "Het vinden van het resultaat vergde veel denkwerk en afleidingen, maar ik ben erg blij met het resultaat", vertelt postdoctoraal onderzoeker Pauli Virtanen, nu in Scuola Normale Superiore, Pisa, die voor de detailberekening zorgde. Professor Tero Heikkilä, die het idee van het werk heeft gegeven, vervolgt:"Dit type berekening vereist veel intuïtie. Nu kan ons resultaat worden gegeneraliseerd naar complexere magnetische structuren."