Digitaal geheugen en beveiliging kunnen worden getransformeerd volgens nieuw onderzoek, die voor het eerst heeft aangetoond dat antiferromagneten gemakkelijk kunnen worden gecontroleerd en gelezen door de richting van gewone elektrische stromen met supersnelle snelheid te veranderen.

Natuurkundigen aan de Universiteit van Nottingham, hebben nieuw onderzoek gepubliceerd in het prestigieuze academische tijdschrift Natuur Nanotechnologie die laat zien hoe de 'magnetische orde' van deze antiferromagneten efficiënt kan worden gecontroleerd om een ​​geheugenapparaat te creëren, mogelijk een 1, 000 keer sneller dan de huidige technologieën – een ontdekking die het digitale geheugen zou kunnen transformeren, apparaten kleiner maken, veel sneller, veiliger en energiezuiniger.

Hoofdonderzoeker Dr. Peter Wadley, van de School of Physics and Astronomy aan de University of Nottingham zei:"Onlangs hebben we in Nottingham voor het eerst aangetoond dat antiferromagneten gemakkelijk kunnen worden bestuurd en gelezen met behulp van gewone elektrische stromen, en demonstreerde daarmee het eerste volledig antiferromagnetische geheugenapparaat. Dit onderzoek gaat nog een stap verder en toont een nog efficiëntere manier om ze aan te sturen met minder elektrische contacten. Het gebruik van antiferromagneten in spintronica is geen stapsgewijze verandering ten opzichte van eerdere benaderingen, maar echt een heel ander balspel. Dit kan enorm belangrijk zijn omdat antiferromagneten een intrigerende reeks eigenschappen hebben, inclusief een theoretische limiet voor de schakelsnelheid die ongeveer 1000 keer sneller is dan de beste huidige geheugentechnologieën."

Deze nieuwe vorm van geheugen zou zeer nuttig kunnen zijn in moderne elektronica. Antiferromagneten produceren geen magnetische velden, wat betekent dat de afzonderlijke elementen dichter op elkaar kunnen worden gepakt, wat leidt tot een hogere opslagdichtheid. Antiferromagnetisch geheugen is ook ongevoelig voor magnetische velden en straling, waardoor het bijzonder geschikt is voor nichemarkten, zoals satelliet- en vliegtuigelektronica.

Magnetisme uitleggen

Magnetische materialen zijn al eeuwenlang technologisch belangrijk, van het kompas tot moderne harde schijven. Bijna al deze materialen hebben echter tot één soort magnetische orde behoord:ferromagnetisme. Dit is het type magneet dat we allemaal kennen, van koelkastmagneten tot wasmachinemotoren en harde schijven van computers. Ze produceren een extern magnetisch veld dat we kunnen "voelen" omdat alle kleine atomaire magnetische momenten waaruit ze bestaan, zich graag in dezelfde richting uitlijnen. Het is dit veld dat ervoor zorgt dat koelkastmagneten blijven plakken en dat we soms in kaart zien met ijzervijlsel.

Omdat ze geen extern magnetisch veld hebben, zijn antiferromagneten moeilijk te detecteren en tot nu toe moeilijk te controleren. Om deze reden hebben ze bijna geen toepassingen gevonden. Antiferromagneten produceren geen extern magnetisch veld omdat alle aangrenzende samenstellende kleine atoommomenten in precies tegengestelde richtingen van elkaar wijzen. Daarbij heffen ze elkaar op en wordt er geen extern magnetisch veld geproduceerd:ze blijven niet aan koelkasten plakken en buigen geen kompasnaald af.

Maar antiferromagneten zijn magnetisch robuuster en wanneer je een antiferromagneet verwisselt, kan dit ongeveer 1000 keer sneller gebeuren dan een ferromagneet. Hierdoor zou computergeheugen kunnen ontstaan ​​dat veel sneller werkt dan de huidige geheugentechnologie.

Hoe hebben ze het gedaan?

Met behulp van een zeer specifieke kristalstructuur, CuMnAs, gekweekt in bijna volledig vacuüm, atoomlaag voor atoomlaag - het onderzoeksteam heeft aangetoond dat de uitlijning van de 'magnetische momenten' van bepaalde soorten antiferromagneten kan worden gecontroleerd met elektrische pulsen door het materiaal.

Dr. Wadley vervolgt:"Als je antiferromagneten kunt beheersen, bewegen ze heel snel. We hebben zojuist aangetoond dat ze kunnen worden bestuurd met laserpulsen van één picoseconde, wat hen in het Terahertz-regime plaatst (~1000 keer sneller dan de beste commerciële herinneringen). We hebben ook efficiënte elektrische middelen aangetoond om ze bij kamertemperatuur te regelen met behulp van stromen van dezelfde orde als commerciële geheugenapparaten. Dit betekent dat we misschien niet zo ver verwijderd zijn van commerciële toepassing en heeft geleid tot een enorme interesse in het onderzoeksveld in de afgelopen 2 jaar."

Impact op de samenleving

Als al dit potentieel zou kunnen worden gerealiseerd, antiferromagnetisch geheugen zou een uitstekende kandidaat zijn voor een zogenaamd "universeel geheugen", het vervangen van alle andere vormen van geheugen in de computer, en het transformeren van onze elektronische apparaten.

Dr. Wadley concludeert:"Met de mogelijkheid om antiferromagneten te controleren, zijn we dichter dan ooit bij de mogelijkheid om dit commercieel toe te passen. Antiferromagnetische middelen hebben het potentieel om andere vormen van geheugen te overtreffen, wat zou leiden tot een herontwerp van de computerarchitectuur, enorme snelheidsverhogingen en energiebesparingen. De extra rekenkracht kan op veel gebieden grote maatschappelijke gevolgen hebben, inclusief het berekenen van zware gebieden zoals kankeronderzoek en onderzoek naar degeneratieve ziekten."