In alles zit een barst, Leonard Cohen zong; zo komt het licht binnen. Nu heeft een team onder leiding van wetenschappers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) de eigenschappen onderzocht van een veelbelovende klasse materialen met nieuwe mogelijkheden die afhankelijk zijn van die scheuren. Hun resultaten zouden de weg kunnen openen voor praktische toepassingen van niet-vluchtig computergeheugen tot snel dimmende vensters.

De materialen in kwestie worden magneto-ionica genoemd - magnetische stoffen met eigenschappen die afhankelijk zijn van de rangschikking van ionen, dat zijn atomen met een elektrische lading. Ontwerpers van computergeheugens vinden ze leuk omdat ze anders werken dan traditionele elektronische apparaten, die afhankelijk zijn van de beweging van elektronen om 1s en 0s te vertegenwoordigen. Maar elektronen blijven niet rondhangen in traditionele apparaten als de stroom uitvalt.

Voer magneto-ionica in, die zijn gevormd uit verschillende extreem dunne lagen zuurstofhoudende kristallijne deeltjes die op elkaar zijn gestapeld. Deze deeltjes stapelen zich op, maar hebben kleine openingen ertussen, waardoor zuurstofionen tussen de deeltjes kunnen bewegen. Als deeltjeslagen als een dunne film op een oppervlak worden neergezet, de ionen kunnen op en neer door de lagen worden bewogen met behulp van een elektrisch veld, veranderen hoe ze zich gedragen, zelfs waardoor magnetische lagen hun magnetisme verliezen. Door te controleren of de lagen magnetisch zijn of niet, is informatieopslag mogelijk als 1s en 0s. En zodra een ion naar een nieuwe plaats verhuist, het heeft de neiging om daar te blijven, ook zonder stroom.

Er bestaan ​​andere niet-vluchtige geheugentechnologieën, met name harde schijven en flashgeheugen, maar ze werken relatief langzaam, hebben een relatief korte levensduur en kunnen niet worden opgeschaald voorbij een bepaald punt:harde schijven, bijvoorbeeld, kan maar zoveel lagen hebben. Ionische technologieën zouden ook langzaam werken, maar zou beter schaalbaar zijn.

De aantrekkingskracht van deze magneto-ionische films gaat echter veel verder dan gegevensopslag, zei NIST-natuurkundige Dustin Gilbert, vanwege het brede scala aan eigenschappen die kunnen worden veranderd door de zuurstofionen te verplaatsen.

"Het regelen van zuurstofverdelingen biedt de mogelijkheid om vrijwel elke eigenschap van een materiaal af te stemmen:magnetisch, structureel, optisch, mechanisch of chemisch, om er een paar te noemen, " zei Gilbert. "Dus in brede zin, je kunt je een willekeurig aantal apparaten voorstellen waarbij we een spanning toepassen en hun functionele gedrag volledig veranderen. Een mogelijkheid is een raamcoating die verandert van ondoorzichtig naar gespiegeld of transparant, zodat je met een druk op de knop het zonlicht kunt binnenlaten."

Ondanks hun bredere potentieel, het meeste onderzoek dat tot nu toe aan magneto-ionica is gedaan, heeft plaatsgevonden op extreem dunne films van slechts enkele atoomlagen dik. Het NIST-team ging op zoek naar het gedrag van de aanzienlijk dikkere films die cruciaal zouden kunnen zijn voor commerciële toepassingen.

Hun onderzoek, uitgevoerd met behulp van neutronenreflectometrie bij het NIST Center for Neutron Research, leverde een aantal bevindingen op die nuttig zijn voor de toekomst van de industrie. kleinere deeltjes, bijvoorbeeld, hebben de neiging om betere magneto-ionische films te maken, omdat er meer scheuren zijn waardoor de zuurstofionen kunnen reizen. Ook, het veranderen van de chemische samenstelling en kristalstructuur van de deeltjes en lagen verandert de eigenschappen van de film drastisch, wat betekent dat deeltjestechnologie een grote zorg zal zijn voor fabrikanten.

De eigenschappen van films veranderen ook nadat de zuurstofionen een paar rondreizen door de lagen maken, vragen oproepen over hoe lang een apparaat op basis van magneto-ionen zou kunnen duren.

"We moeten deze dingen een enorm aantal keren heen en weer kunnen schakelen, "Gilbert zei. "Hun duurzaamheid en snelheid verbeteren snel, maar er is nog een weg te gaan. Door de zuurstofbeweging in deze apparaten beter te begrijpen, ons werk zou daar veel bij moeten helpen. We hebben de onderliggende fysica van de magnetische eigenschappen van deze films gekraakt, die ingenieurs zou moeten informeren over hoe ze ze kunnen gebruiken."