Wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory van het Department of Energy hebben voor het eerst gezien hoe atomen in ijzer-platina nanodeeltjes - een materiaal van de volgende generatie voor magnetische gegevensopslagapparaten - extreem snel reageren op korte laserflitsen. Het begrijpen van deze fundamentele bewegingen kan mogelijk leiden tot nieuwe manieren om dergelijke apparaten met licht te manipuleren en te besturen.

Door snapshots te combineren van twee toonaangevende ultrasnelle "camera's" met atomaire resolutie bij SLAC - de Linac Coherent Light Source (LCLS) röntgenlaser en een apparaat voor ultrasnelle elektronendiffractie (UED) - toonde het team aan dat de laserflitsen het ijzer demagnetiseerden - platinadeeltjes binnen minder dan een biljoenste van een seconde, waardoor atomen in het materiaal in de ene richting dichter bij elkaar komen en in een andere richting verder uit elkaar.

De resultaten bieden ook de eerste beschrijving op atomair niveau van de mechanische spanning, bekend als magnetostrictie, voorkomen in magnetische materialen wanneer de magnetisatie wordt veranderd. Het fenomeen manifesteert zich op vele manieren, inclusief het elektrische gezoem van transformatoren. Voorafgaand aan de studie, vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onderzoekers hadden aangenomen dat deze structurele veranderingen relatief langzaam gebeuren. Echter, de nieuwe gegevens suggereren dat ultrasnelle processen een belangrijke rol kunnen spelen.

"Eerdere modellen van de eigenschappen van ijzer-platina-nanodeeltjes hielden geen rekening met deze extreem snelle en fundamentele atomaire bewegingen, " zegt Hermann Dürr, de hoofdonderzoeker van de studie van het Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES), die gezamenlijk wordt beheerd door SLAC en Stanford. "Hoewel we de volledige gevolgen van deze processen nog niet begrijpen, door ze in onze berekeningen op te nemen, kunnen nieuwe wegen worden geopend voor de ontwikkeling van toekomstige technologieën voor gegevensopslag."

De grenzen van magnetische gegevensopslag verleggen

Magnetische opslagapparaten worden veel gebruikt om informatie vast te leggen die in vrijwel alle gebieden van onze digitale wereld wordt geproduceerd, en er wordt aangenomen dat ze in de nabije toekomst cruciale oplossingen voor gegevensopslag blijven. Geconfronteerd met steeds groeiende hoeveelheden wereldwijde datavolumes, hardware-ingenieurs streven naar een maximale dichtheid waarmee deze media informatie kunnen opslaan.

Echter, de huidige technologieën naderen hun technische limieten. De harde schijven van tegenwoordig, bijvoorbeeld, kan een opslagdichtheid van enkele honderden miljarden bits per vierkante inch bereiken, en soortgelijke toekomstige apparaten zullen naar verwachting niet veel meer dan een biljoen bits per vierkante inch overschrijden. Nieuwe ontwikkelingen zijn nodig om magnetische dataopslag naar een hoger niveau te tillen.

"Een veelbelovende aanpak die ons daar zou kunnen brengen, is door warmte ondersteunde magnetische opname op harde schijven met behulp van nanodeeltjes van materialen zoals ijzer-platina, " zegt Eric Fullerton, directeur van het Center for Memory and Recording Research aan de Universiteit van Californië, San Diego, en een co-auteur van de nieuwe studie. "Bij deze methode de informatie is gecodeerd met een nanofocused laser en een magnetisch veld, of misschien zelfs een laser alleen, die de magnetisatie van de nanodeeltjes veranderen. Deze schijven van de volgende generatie, die veel grotere opslagdichtheden kunnen hebben, worden al getest in de industrie en kunnen binnenkort commercieel beschikbaar komen."