Onderzoekers aan de Radboud Universiteit hebben aangetoond dat het in de toekomst mogelijk moet zijn de spins in ijzeratomen zo aan te passen met licht, dat de magnetische polen omgedraaid kunnen worden. Als dat gecontroleerd lukt, scheelt dat warmteproductie bij magnetische opslag.
De ontdekking is gedaan door dezelfde groep onderzoekers die in 2007 al aantoonden dat snelle laserlichtpulsen magneten kunnen ompolen door zeer lokale, tijdelijke verhitting. Johan Mentink, een van de auteurs van het nieuwe artikel dat woensdag in Nature Communications verscheen, vertelt dat het toen gebruikte materiaal eigenlijk niet uit één maar uit twee magneten bestond: een legering van gadolinium-ijzer-kobalt. Gadolinium is dan het ene magnetisch materiaal en de ijzer-kobalt-legering het andere.
"Normaal zijn die materialen zo sterk verbonden, dat je ze als een magneet kunt zien. Met de laserpuls konden de materialen in de 'war' gebracht worden. De interne krachten in de magneet zorgen er vervolgens voor dat het systeem een nieuwe grondtoestand bereikt door zichzelf om te polen. Toen dachten we: kunnen we niet direct deze interne krachten aanspreken, dan is opwarmen overbodig."
Dat laatste lijkt dus inderdaad te kunnen: rechtstreeks met licht de interne krachten, de zogenaamde kwantummechanische exchange-interacties die verantwoordelijk zijn voor het magnetisme zelf, veranderen. Er worden nog steeds laserpulsen gebruikt, maar die verhitten het nu gebruikte materiaal voor het onderzoek niet, omdat dit transparante materiaal, ijzeroxide, de laser niet absorbeert en daarom het niet opwarmt. "We hebben nu met licht een handvat gekregen om die exchange-interactie of die krachten die de oorsprong zijn van het magnetisme, rechtstreeks te beïnvloeden. Wat we in de toekomst willen doen, is die krachten zoveel veranderen dat de magneet helemaal in de war raakt, waardoor net als bij het snel verwarmen, ompolen mogelijk wordt", zegt Mentink.
Een van de redenen die Mentink aanhaalt waar het fundamentele onderzoek mogelijk ooit praktisch nut kan vinden, is bij magnetische opslag. Mentink: "Er is nu al aangetoond dat het schakelen met flash meer energie kost dan het schakelen met licht. Als je uit zou rekenen hoeveel het schrijven van 1 bit kost aan energie, zou dat voor laser-geïnduceerd schakelen al minder zijn dan wat flash nu kost. Nu is het ongeveer 1 nanojoule per bit bij flash. Bij ons zou het zelfs maar 10 femtojoule kosten, al zitten er heel grote kanttekeningen aan: bij flash draait niks rond en in een harde schijf wel. Een huidige harde schijf kost tussen de 10 en 100 nanojoule per bit."
Toch wordt er al langer onderzoek gedaan naar andere manieren van magnetisme beïnvloeden in harde schijven. Mentink vertelt dat Seagate al een tijd bezig is met heat assisted magnetic recording. Daarbij wordt een laserpuls gebruikt om het materiaal te verwarmen en het schrijven met een extern magneetveld makkelijker te maken. "Wij zeggen dan: we hebben alleen een laserpuls nodig op de schrijfkop en geen klein spoeltje."
Met het steeds groter maken van de oppervlaktedichtheid van harde schijven loopt de huidige technologie tegen de zogenaamde superparamagnetische limiet aan, waardoor een steeds groter magneetveld nodig is. "Als je dan zou schakelen met een fundamenteel andere techniek, zoals in ons geval met de laser, zijn er helemaal geen warmte en magneetveld meer nodig."
IJzeroxidekristal waarin rood de spins van ijzer-ionen aangeeft en blauw de spins van zuurstof-ionen. Groen zijn de elektronen in hun baan die verantwoordelijk zijn voor de exchange-interactie. Zij houden de ijzerspins in hun positie gevangen. Een lichtpuls verbreekt de elektronenbanen, waardoor spins bewegelijk worden.
/i/1274010398.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/1200417802.gif?f=fpa)
/i/1353342221.png?f=fpa)
/i/1332606714.png?f=fpa)
:strip_exif()/u/104570/icon.gif?f=community){kind=icon}
:strip_icc():strip_exif()/u/46233/art_planet_60x60.jpg?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/58200/smiley_n.gif?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/33246/Fairlight_Small.gif?f=community){kind=small}
/u/96903/cdwaveicon.png?f=community){kind=small}
:strip_exif()/u/84191/crop5b47d97fd49ca_cropped.gif?f=community){kind=small}
:strip_icc():strip_exif()/u/467017/crop6880f1a73ae41_cropped.jpg?f=community){kind=small}
