Onderzoekers van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (JGU) hebben een grote doorbraak bereikt in de ontwikkeling van methoden voor informatieverwerking in nanomagneten. Met behulp van een nieuwe truc, ze hebben synchrone beweging van de domeinwanden in een ferromagnetische nanodraad kunnen induceren. Dit omvatte het aanleggen van een gepulseerd magnetisch veld dat loodrecht stond op het vlak van de domeinwanden.

"Dit is een radicaal nieuwe oplossing, ", legt professor Mathias Kläui van het Instituut voor Fysica van de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz uit. "Het stelt ons in staat om domeinmuren synchroon over een relatief grote afstand te verplaatsen zonder dat ze terugkeren naar hun oorspronkelijke positie." Dit is essentieel voor permanente gegevensopslag, omdat anders gegevens verloren zouden gaan als domeinmuren niet collectief op een gecontroleerde manier zouden worden verplaatst. Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met de werkgroepen van professor Stefan Eisebitt van de TU Berlijn en professor Gisela Schütz van het Max Planck Institute for Intelligent Systems in Stuttgart. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie eind maart.

Magnetische nanodraden hebben kleine gebieden van uniforme magnetisatie die domeinen worden genoemd, die kunnen worden gebruikt als opslageenheden (bits). De site waar domeinen van verschillende uitlijning elkaar ontmoeten, wordt een domeinmuur genoemd. Informatie kan worden opgeslagen in het domein, en gelezen en verwerkt door middel van de beweging van de domeinmuren. De methode heeft het grote voordeel dat de informatie – zoals bij magnetische dataopslag in het algemeen – niet zomaar verloren kan gaan. Dit in tegenstelling tot op halfgeleiders gebaseerde opslagsystemen, zoals RAM in pc's, die alle opgeslagen informatie zonder stroom verliezen. In aanvulling, er zijn geen breekbare bewegende delen nodig zoals de lees-/schrijfkop van een harde schijf.

Het is niet eerder mogelijk gebleken om de vereiste gecontroleerde en gesynchroniseerde beweging van meerdere domeinwanden te induceren met behulp van magnetische velden. De meest voor de hand liggende benadering zou zijn om een ​​magnetisch veld aan te leggen in de richting waarin de magnetisatie in de minuscule nanodraadjes loopt. Echter, dit is niet effectief gebleken, omdat er gegevens verloren gaan. Mathias Kläui en zijn groep sloegen een radicaal nieuwe weg in. Ze besloten een gepulseerd magnetisch veld loodrecht op de gemagnetiseerde domeinwanden in het vlak aan te leggen. Zoals de Mainz-onderzoekers in hun modelsysteem vonden, het is mogelijk om de asymmetrische veldpulsen aan te passen die de voorwaartse en achterwaartse krachten leveren die op domeinmuren inwerken. Zo kunnen op gecontroleerde wijze gegevens binnen het opslagmedium worden verplaatst.

De deelnemende natuurkundigen van de Universiteit van Mainz probeerden hun concept eerst uit in de context van micromagnetische simulaties en testten het vervolgens experimenteel. Voor dit doeleinde, ze namen beelden op van de magnetische opstelling in de kleine nanodraden met behulp van de elektronenopslagring BESSY II van het Helmholtz Center Berlin for Materials and Energy (HZB). Zoals verwacht uit de simulatie, ze observeerden verplaatsing van de domeinwanden in een richting die consistent was met het model. De wetenschappers berekenden ook de energie die nodig zou zijn voor de experimenteel waargenomen beweging van de domeinwand en kwamen tot de conclusie dat het energieverbruik van het voorgestelde systeem behoorlijk kosteneffectief zou zijn in vergelijking met de beste componenten die momenteel beschikbaar zijn.

"De resultaten zijn veelbelovend. We gaan ervan uit dat de noodzakelijke paradigmaverschuiving door deze nieuwe benadering zal worden vergemakkelijkt en dat het mogelijk zal blijken om een ​​methode te ontwikkelen voor efficiënte en gecontroleerde synchrone beweging van de domeinwanden in nanodraden, ", aldus Kläui. Dit zou de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van niet-vluchtige spintronische componenten van de volgende generatie, die kan worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen voor gegevensopslag, evenals voor logica- en sensormodules.