Het toenemende gebruik van elektronische apparaten door de samenleving motiveert de zoektocht naar nieuwe en betere technieken voor gegevensopslag. Magnetische opslagapparaten, zoals harde schijven, zijn de afgelopen decennia de steunpilaren geweest voor gegevensopslag. Deze apparaten, die ferromagnetische bitoriëntatie gebruiken om gegevens op te slaan, naderen echter snel hun fysieke limieten. Het vervangen van ferromagneten door antiferromagneten, de magnetische neef van ferromagneten, kan deze beperking aanpakken, maar het beheersen van de magnetische oriëntatie van antiferromagnetische bits is een uitdaging. Voor zijn Ph.D. onderzoek bestudeerde Casper Schippers verschillende aspecten van verschillende antiferromagnetische materialen om hun geschiktheid voor toekomstige dataopslagtoepassingen vast te stellen.

In magnetische opslagapparaten worden gegevens opgeslagen met behulp van de oriëntatie van de magnetische momenten van een magnetische bit, die vaak van ferromagneten zijn gemaakt. Door de oriëntatie van de magnetische momenten van boven naar beneden te veranderen, is het mogelijk om een ​​"0" of een "1" op te slaan. Ferromagneten vertonen echter een netto magnetisatie, wat betekent dat ze een magnetisch strooiveld genereren dat aangrenzende bits kan beïnvloeden.

Om dit probleem op te lossen, kan men de ferromagneten vervangen door antiferromagneten. In tegenstelling tot ferromagneten zijn antiferromagneten materialen die geen netto magnetisatie vertonen, ondanks dat ze een magnetische structuur op atomair niveau hebben zoals ferromagneten. Dit betekent dat ze een magnetische oriëntatie hebben waarin gegevens kunnen worden opgeslagen (net als in een ferromagneet), maar ze genereren geen magnetische strooivelden en zijn extreem ongevoelig voor magnetische velden.

Voor potentiële gegevensopslagtoepassingen betekent dit dat twee aangrenzende antiferromagnetische bits elkaar niet kunnen beïnvloeden via verdwaalde velden, wat het belangrijkste probleem is dat de dichtheid in ferromagnetische gegevensopslag beperkt.

Deze ongevoeligheid en afwezigheid van strooivelden maakt het manipuleren en inspecteren van de magnetische orde van antiferromagneten echter ook een uitdaging. In 2018 rapporteerden onderzoekers echter voor het eerst dat het mogelijk is om opzettelijk de richting van antiferromagnetische bits te veranderen met behulp van elektrische stromen. Dit is een belangrijke stap in de richting van het gebruik van antiferromagneten in toepassingen voor gegevensopslag.

Anisotropie-onafhankelijkheid

De middelen hebben om antiferromagnetische bits te controleren is nog maar het begin, aangezien onderzoekers ook meer moeten weten over hoe verschillende eigenschappen van antiferromagneten hun capaciteit om te worden gebruikt voor gegevensopslag beïnvloeden.

Voor zijn Ph.D. onderzoek bestudeerde Casper Schippers verschillende aspecten van antiferromagneten en hoe deze hun potentiële gebruik in apparaten beïnvloeden. Eerst onderzocht hij de anisotropie, of de voorkeursoriëntatie van de magnetische momenten, in antiferromagnetisch kobaltoxide (CoO) (een materiaal dat veel wordt gebruikt in antiferromagneten) met behulp van hoge magnetische velden, waarbij hij opmerkte dat de anisotropie wel afhangt van de oriëntatie en sterkte van het magnetische veld. Dit in tegenstelling tot wat tot nu toe door onderzoekers werd aangenomen.

Elektrische manipulatie

Vervolgens keek Schippers naar de elektrische manipulatie van de antiferromagnetische materialen CoO en nikkeloxide (NiO). Experimenten om de mogelijkheid van elektrische manipulatie te onderzoeken worden vaak geplaagd door niet-magnetische parasitaire effecten die niet kunnen worden onderscheiden van de werkelijke magnetische effecten die de experimenten proberen aan te tonen. Met dit in gedachten hebben Schippers en zijn medewerkers twee technieken bestudeerd om de magnetische en niet-magnetische effecten te ontwarren door de temperatuur te veranderen en hoge magnetische velden aan te leggen.

Ten slotte bestudeerde Schippers ook het antiferromagnetische, zogenaamde Van der Waals-materiaal nikkel-fosfortrisulfide (NiPS₃ ). Hij toonde aan dat wanneer het materiaal wordt gekoppeld aan een gewone ferromagneet en er een stroom door de ferromagneet wordt gestuurd, het onverwacht efficiënte koppels kan uitoefenen op de magnetisatie van de ferromagneet.

Het werk beschreven in Schipper's proefschrift vergroot ons fundamentele begrip van antiferromagneten en draagt ​​bij aan de beschikbare hulpmiddelen voor het onderzoeken van en werken met antiferromagneten. Het onderzoek van Schipper maakt de weg vrij om in de toekomst actief gebruik te maken van antiferromagneten in apparaten voor gegevensopslag. + Verder verkennen

Wetenschappers ontrafelen 'Hall-effect'-mysterie op zoek naar geheugenopslagapparaten van de volgende generatie