Nederlandse onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben met succes een 'magnetisch domain-wall ratchet'-geheugen gemaakt, een computergeheugen dat is opgebouwd uit bewegende stukjes gemagnetiseerde gebieden. Dit geheugen biedt in potentie veel voordelen ten opzichte van standaard harde schijven, zoals een hogere snelheid, lager elektriciteitsverbruik en een veel langere levensduur. Met behulp van geconcentreerde ionenbundels hebben de onderzoekers de magnetische draden beïnvloed waar de bits doorheen gaan, en ze hebben met succes bits op nanometerschaal gecontroleerd en vervolgens een nieuw geheugen geconstrueerd. De onderzoeksresultaten zijn online gepubliceerd door Natuur Nanotechnologie op 15 juli.

De bits in een nanodraad kunnen worden geconceptualiseerd als gebieden die twee mogelijke magnetische richtingen kunnen hebben, een 0 of een 1. Gewoonlijk worden alle bits tijdens de constructie tegelijkertijd op 0 of 1 gezet, omdat ze als kompasnaalden omkeren. De onderzoekers hebben nu aangetoond dat bits coherent kunnen worden overgedragen zonder dat de informatie die ze bevatten verloren gaat. Deze methode van magnetisch datatransport is radicaal anders dan die in de huidige computers, waar roterende magnetische schijven mechanisch worden verplaatst om gegevens te adresseren.

Zaagtand

Door slim te variëren hoe de ionen over een nanodraad worden afgevuurd, een herhaling, zaagtandvormig energielandschap ontstaat. Deze asymmetrische zaagtand is cruciaal:hij forceert een domeinmuur, de grens tussen bits, in een enkele richting bewegen onder een variabel magnetisch veld. Door het variabele magneetveld keert de kracht op de domeinwand steeds om en wordt deze afwisselend over de helling geduwd en vervolgens teruggeduwd tegen de scherpe rand (zie figuur). Na één cyclus van het magnetische veld worden twee domeinwanden precies één positie omhoog geduwd. Deze netto-overdracht van een bit zou onmogelijk zijn zonder zaagtandpotentieel.

De onderzoekers gebruikten een cirkelvormige magnetische draad. Door gebruik te maken van deze cirkel kunnen de domeinwanden altijd draaien en blijven de bits behouden. Dit eenrichtingsverkeer van de domeinen is een beweging vergelijkbaar met die van een ratel of 'ratel'.

Unieke kansen

De ontdekking biedt unieke kansen voor de ontwikkeling van alternatieve geheugenconcepten. Na de proof-of-principle-experimenten zullen de wetenschappers zich richten op een ratel van de volgende generatie. Dit zal gebaseerd zijn op radicaal nieuwe effecten zoals het gebruik van spinstromen die worden gegenereerd in de aangrenzende niet-magnetische lagen of het gebruik van elektrische velden om het domein of de beweging te beïnvloeden.