Met behulp van een nieuw type camera dat extreem snelle snapshots maakt met een extreem hoge resolutie, het is nu mogelijk om het gedrag van magnetische materialen op nanoschaal te observeren. Dit gedrag is chaotischer dan eerder werd gedacht, zoals gerapporteerd in Natuurmaterialen op 17 maart. Het waargenomen gedrag verandert ons begrip van gegevensopslag, zegt Theo Rasing, een van de auteurs van het artikel.

Verrassend genoeg, het lijkt erop dat het chaotische gedrag van het magnetische materiaal van groot belang is voor het transport van magnetische informatie op de kleinst mogelijke schaal. Dit blijkt uit onderzoek van de groep van Theo Rasing aan de Radboud Universiteit Nijmegen, met collega's van Stanford, Berlijn en Tokio. Bij SLAC National Accelerator Laboratory is gebruik gemaakt van een heel bijzonder meetinstrument – ​​de Linac Coherent Light Source (LCLS) – een unieke röntgenlaser. Eigenlijk, deze röntgenlaser is als een camera met zowel een extreem korte sluitertijd van 100 femtoseconden (een tiende van een biljoenste van een seconde) en een extreem hoge ruimtelijke resolutie van enkele nanometers (een miljardste van een meter). Uit de metingen blijkt dat het magnetische materiaal zich op nanoschaal heel anders gedraagt ​​dan op macroschaal.

Spintransport op nanoschaal

Gezien op atomaire schaal, alle magneten zijn opgebouwd uit heel veel kleine magneten, spin genoemd. Magnetisch schakelen voor gegevensopslag houdt in dat de magnetisatierichting van de spins wordt omgekeerd:een noordpool wordt een zuidpool, en vice versa. Het magnetische materiaal in kwestie bevatte twee soorten spin uit twee verschillende elementen:ijzer (Fe) en gadolinium (Gd). De onderzoekers constateerden dat, op nanoschaal, de spins waren ongelijk verdeeld:er waren gebieden met een meer dan gemiddelde hoeveelheid Fe en gebieden met een hoger dan gemiddelde hoeveelheid Gd - vandaar chaotische magneten.

Het lijkt erop dat magnetisch schakelen begint met het ultrasnelle transport (~10nm/300fs) van spins tussen de Fe-gebieden en de Gd-gebieden, waarna botsingen resulteren in de omkering. Een dergelijke ultrasnelle overdracht van spin-informatie is nog niet op zo'n kleine schaal waargenomen.

Toekomst:kleiner is sneller

Deze resultaten maken het mogelijk om in de toekomst ultrasnelle nanomagneten te ontwikkelen waarin spinoverdracht verder wordt geoptimaliseerd door middel van nanostructurering. Dit opent paden voor nog kleinere en snellere magnetische gegevensopslag.