Tegenwoordig wordt bijna alle informatie die is opgeslagen op harde schijven of cloudservers vastgelegd in magnetische media, omdat het niet-vluchtig is (d.w.z. het behoudt de informatie wanneer de stroom wordt uitgeschakeld) en goedkoop. Voor draagbare apparaten zoals mobiele telefoons en tablets, andere vormen van niet-magnetisch geheugen worden gebruikt omdat de op magnetisme gebaseerde technologie onpraktisch en niet energiezuinig is. In een tijdperk van massale gegevensopslag en draagbare apparaten die informatie verzamelen en verwerken, de zoektocht is aan de gang om kleinere te vinden, sneller, goedkopere en energiezuinigere manieren, van zowel het verwerken als het opslaan van steeds grotere hoeveelheden gegevens.

In de loop van hun onderzoek naar het gebruik van magnetische domeinmuren (lokale gebieden van magnetische "lading" die gewoonlijk worden aangedreven door magnetische velden) om onze capaciteit voor informatieopslag en logische verwerking te vergroten, natuurkundigen van de Universiteit van Nottingham hebben een fenomeen ontdekt waardoor ze de structuur van een magnetische domeinmuur kunnen 'manipuleren'.

Het onderzoek van onderzoekers van de Spintronics Group in de School of Physics and Astronomy, in samenwerking met de Universiteit van York, is gepubliceerd in het open access tijdschrift Wetenschappelijke rapporten ( Wetenschappelijke rapporten 7, Artikelnummer:7613 (2017) DOI:10.1038/s41598-017-07944-9). Het zou een manier kunnen zijn om een ​​nieuwe klasse van zeer efficiënte, niet-vluchtige informatieverwerkings- en opslagtechnologie.

Dr. Andrew Rushforth, van de School voor Natuur- en Sterrenkunde, zei:"In het streven naar steeds meer geminiaturiseerde, draagbare apparaten, de noodzaak om informatie op te slaan en te verwerken met een laag stroomverbruik wordt een kritieke kwestie. Concepten voor informatieopslag en logische verwerking op basis van magnetische domeinmuren hebben een groot potentieel voor implementatie in toekomstige informatie- en communicatietechnologieën."

Magnetische media

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van magnetisme is het feit dat de magnetische toestand stabiel blijft wanneer de stroom naar het apparaat wordt verwijderd, waardoor niet-vluchtige opslag van informatie mogelijk is. Daarentegen, de meeste processors en RAM-chips (Random Access Memory) slaan informatie op met behulp van elektrische lading die snel is, maar verdwijnt wanneer het apparaat wordt uitgeschakeld.

Magnetisch willekeurig toegankelijk geheugen (MRAM) is een veelbelovende vorm van niet-vluchtig RAM op basis van magnetisme dat recentelijk in sommige nichemarkten wordt toegepast. In MRAM wordt informatie geschreven met behulp van elektrische stroom die warmte en magnetische strooivelden genereert.

Tot op heden zijn er geen technologieën die magnetisme gebruiken om informatie te verwerken.

Magnetisme gebruiken om informatie te verwerken en op te slaan

Een oplossing voor deze problemen kan liggen in het gebruik van magnetische domeinwanden. Een magnetische domeinwand vormt zich in een magnetische draad en scheidt gebieden waar de magnetisatie in tegengestelde richtingen wijst. Onder bepaalde omstandigheden bestaat het uit een gebied waarin de magnetisatie rond een centrale vortexkern draait, die in of uit de draad wijst.

Een analogie zou de manier zijn waarop water rond een vortexkern draait terwijl het door een pluggat wordt afgevoerd. De draairichting van de magnetisatie in de vortexwand - zijn chiraliteit - kan met de klok mee of tegen de klok in zijn. Er zijn voorstellen gedaan om de chiraliteit te gebruiken om informatie op te slaan en te verwerken. Het probleem is een manier te vinden om de vortex-domeinmuur te manipuleren.

Eerder is aangetoond dat de chiraliteit kan worden gemanipuleerd door magnetische velden toe te passen op gecompliceerde nanodraadgeometrieën, maar het gebruik van magnetische velden is een verspilling van energie en beperkt de mogelijkheid om individuele domeinmuren selectief aan te pakken.

Een verrassende ontdekking

De onderzoekers hebben een manier ontdekt om de chiraliteit van de vortex-domeinmuur te controleren met behulp van een elektrisch veld.

Dr Rushforth zei:"We waren niet van plan om de chiraliteit van de domeinmuren te veranderen. We probeerden eigenlijk te zien of we ze konden laten bewegen. Toen we merkten dat de chiraliteit aan het veranderen was, we waren nogal verrast, maar we realiseerden ons dat het een interessant en nieuw effect was dat mogelijk belangrijke toepassingen zou kunnen hebben. We moesten toen terug naar kantoor en micromagnetische berekeningen uitvoeren om te begrijpen waarom en hoe het fenomeen optreedt."

Het team gebruikte de spanning die wordt veroorzaakt door een elektrisch veld toegepast op een piëzo-elektrisch materiaal (dat mechanisch vervormt als reactie op een elektrisch veld) om de chiraliteit van de domeinwand te manipuleren.

De kennis bevindt zich in een vroeg stadium. Tot nu toe was het niet duidelijk hoe men magnetische domeinmuren omkeerbaar en voorspelbaar kon besturen met behulp van elektrische velden. Dit onderzoek helpt om dat probleem op te lossen, maar er moeten nog praktische problemen worden aangepakt.

De volgende fase in het werk zal zijn om te onderzoeken hoe de chiraliteitsschakeling afhangt van de materiaaleigenschappen en de geometrie en afmetingen van de magnetische draad.

De Universiteit van Nottingham heeft een patentaanvraag ingediend voor een geheugenapparaat op basis van het effect.