Hoe gedragen magnetische golven zich in antiferromagneten en hoe verspreiden ze zich? Welke rol spelen "domeinmuren" in het proces? En wat kan dit betekenen voor de toekomst van dataopslag? Deze vragen staan ​​centraal in een recente publicatie in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven van een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Konstanz-fysicus Dr. Davide Bossini. Het team rapporteert over magnetische verschijnselen in antiferromagneten die kunnen worden veroorzaakt door ultrasnelle (femtoseconde) laserpulsen en met het potentieel om de materialen te voorzien van nieuwe functionaliteiten voor energiezuinige en ultrasnelle gegevensopslagtoepassingen.

Vraag naar opslagcapaciteit groeit sneller dan de beschikbare infrastructuur

Het enorm toenemende gebruik van big data-technologieën en cloudgebaseerde datadiensten betekent dat de wereldwijde vraag naar dataopslag voortdurend toeneemt, samen met de behoefte aan steeds snellere gegevensverwerking. Tegelijkertijd, de momenteel beschikbare technologieën zullen het niet eeuwig kunnen bijbenen. "De schattingen zeggen dat aan de groeiende vraag slechts voor een beperkte periode van ongeveer 10 jaar kan worden voldaan, als er geen roman is, in de tussentijd kunnen efficiëntere technologieën voor gegevensopslag en -verwerking worden ontwikkeld, " zegt natuurkundige Dr. Davide Bossini van de Universiteit van Konstanz en hoofdauteur van de studie.

Om een ​​datacrisis te voorkomen, het zal niet genoeg zijn om simpelweg steeds meer datacenters te blijven bouwen, werken volgens de huidige stand van de techniek. De technologieën van de toekomst moeten ook sneller en energiezuiniger zijn dan traditionele massale gegevensopslag, gebaseerd op magnetische harde schijven. Een klasse van materialen, antiferromagneten, is een veelbelovende kandidaat voor de ontwikkeling van de volgende generatie informatietechnologie.

De structuur van antiferromagneten

We kennen allemaal huismagneten van ijzer of andere ferromagnetische materialen. Deze materialen hebben atomen die magnetisch allemaal in dezelfde richting zijn georiënteerd - zoals kleine naalden van een kompas - zodat er een magnetische polarisatie (magnetisatie) optreedt die de omgeving beïnvloedt. De antiferromagneten, daarentegen, hebben atomen met wisselende magnetische momenten die elkaar opheffen. Antiferromagneten hebben dus geen netto magnetisatie en dus geen magnetische impact op de omgeving.

Aan de binnenkant, Hoewel, deze antiferromagnetische lichamen die overvloedig in de natuur worden aangetroffen, zijn opgesplitst in veel kleinere gebieden die domeinen worden genoemd, waar tegengesteld georiënteerde magnetische momenten in verschillende richtingen zijn uitgelijnd. De domeinen zijn van elkaar gescheiden door overgangsgebieden die bekend staan ​​als 'domeinmuren'.

"Hoewel deze overgangsgebieden bekend zijn in antiferromagneten, tot nu, er was weinig bekend over de invloed die de domeinwanden hebben op de magnetische eigenschappen van antiferromagneten, vooral tijdens extreem korte tijdsintervallen, " zegt dr. Bossini.

Femtoseconde magnetische verschijnselen

In het huidige artikel beschrijven de onderzoekers wat er gebeurt als antiferromagneten (meer specifiek, kristallen van nikkeloxide) worden blootgesteld aan ultrasnelle (femtoseconde) laserpulsen. De femtoseconde schaal is zo kort dat zelfs licht zich in deze tijdsperiode maar over een zeer kleine afstand kan verplaatsen. In een quadriljoenste van een seconde (een femtoseconde), licht reist slechts 0,3 micrometer af, wat overeenkomt met de diameter van een kleine bacterie.

Het internationale team van onderzoekers toonde aan dat domeinwanden een actieve rol spelen in de dynamische eigenschappen van het antiferromagneet nikkeloxide. De experimenten onthulden dat magnetische golven met verschillende frequenties konden worden geïnduceerd, versterkt en zelfs met elkaar gekoppeld over verschillende domeinen, maar alleen in de aanwezigheid van domeinmuren. "Onze waarnemingen laten zien dat de alomtegenwoordige aanwezigheid van domeinwanden in antiferromagneten mogelijk kan worden gebruikt om deze materialen op ultrasnelle schaal nieuwe functionaliteiten te geven, " legt Bossini uit.

Belangrijke stappen naar efficiëntere gegevensopslag

Het vermogen om verschillende magnetische golven over domeinwanden te koppelen, benadrukt het potentieel om de voortplanting van magnetische golven in tijd en ruimte actief te beheersen, evenals energieoverdracht tussen individuele golven op de femtoseconde schaal. Dit is een voorwaarde voor het gebruik van deze materialen voor ultrasnelle opslag en verwerking van data.

Dergelijke op antiferromagneten gebaseerde technologieën voor gegevensopslag zouden verschillende ordes van grootte sneller en energiezuiniger zijn dan de huidige. Ze zouden ook een grotere hoeveelheid gegevens kunnen opslaan en verwerken. Aangezien de materialen geen netto magnetisatie hebben, ze zouden ook minder kwetsbaar zijn voor storingen en externe manipulatie. "Toekomstige technologieën op basis van antiferromagneten zouden dus voldoen aan alle vereisten voor de volgende generatie gegevensopslagtechnologie. Ze hebben ook het potentieel om gelijke tred te houden met de groeiende vraag naar gegevensopslag- en verwerkingscapaciteit, ’ besluit Bossini.