Je leest:

Magnetische wervels omroeren

Magnetische wervels omroeren

Een wetenschapper van de Universiteit van Gent heeft samen met een internationaal onderzoeksteam een nieuw mechanisme ontdekt om de kleinste magnetische structuren – de kern van een zogenaamde vortexstructuur – met kleine magneetvelden snel om te schakelen. Daar waren vroeger heel sterke magneetvelden voor nodig, die praktische toepassingen moeilijk maakten. De ontdekking kan nieuwe mogelijkheden openen voor magnetische geheugens.

Op heel kleine schalen (kleiner dan een miljoenste van een meter), blijken vaak interessante fenomenen op te treden. Zo zijn er kleine magnetische plaatjes van slechts enkele honderden atoomlagen dik, waar de magnetisatierichting altijd in het vlak van het plaatje en parallel aan de rand ligt. Volg een kompasnaald over het oppervlak en we maken een gesloten lus in het vlak van het plaatje. Deze lus noemt men een magnetische vortex- of wervelstructuur.

In het midden kan omwille van de continuïteit de magnetisatierichting niet langer in het vlak blijven gezien aan weerskanten van het midden de magnetisatie tegengesteld is. Over een afstand van slechts een twintigtal atomen zal de magnetisatierichting zich daar volledig uit het vlak keren, loodrecht op het plaatje: de vortexkern. Deze werd reeds 40 jaar geleden theoretisch voorspeld, maar kon pas 4 jaar geleden voor het eerst direct waargenomen worden. Ze vormt de kleinst mogelijke magneetnaald binnen een magnetisch materiaal.

Magnetische vortex in een dunne laag magnetisch materiaal. De veldlijnen cirkelen rond het centrum, waar het magneetveld even uit het materiaal wipt. Dit soort wervels zijn misschien te gebruiken als bouwstenen van magnetische gegevensdragers. bron: Denis Koltsov / Universiteit van Lancaster. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

De magneetnaald in deze vortexkern kan slechts in twee richtingen wijzen, naar onder of naar boven. In principe kunnen we deze oriëntatie voor het opslaan van digitale gegevens gebruiken, door af te spreken dat wijzen naar boven bijvoorbeeld een 1 voorstelt en wijzen naar onder een 0. Om gegevens in een plaatje te kunnen ‘schrijven’ moet een apparaat de oriëntatie op een eenvoudige manier kunnen beïnvloeden, en daar hebben dr. Van Waeyenberge en zijn collega’s nu een veelbelovende methode voor gevonden.

Omdat de vortexkern bijzonder stabiel is, was het omkeren (‘ompolen’) van de magnetische oriëntatie tot nu toe enkel mogelijk met ‘brute kracht’ (magneetvelden van een halve Tesla: tienduizend keer zo groot als het aardmagneetveld).

In een publicatie in Nature beschrijft Van Waeyenberge hoe deze ompoling ook kan gebeuren met heel korte magnetische pulsen die ongeveer 300 keer zwakker zijn dan de gebruikelijke velden van een halve Tesla. Zijn team gebruikte daarbij een zelfontwikkelde techniek, gebaseerd op supersnelle X-stralenmicroscopie, om het ompolen in beeld te brengen.

Het nieuwe ompoolmechanisme wordt door de onderzoekers uitgelegd aan de hand van computersimulaties. Het mechanisme kan mogelijk tot volledig nieuwe concepten leiden voor magnetische geheugens. De magnetisatierichting van de vortexkern kan immers beschouwd worden als een digitale bit die erg stabiel is voor externe invloeden en ook nog eens heel snel omgeschakeld kan worden. Omdat de magnetische schrijfapparatuur minder sterk hoeft te zijn, kan ze ook een stuk kleiner worden gemaakt dan de huidige systemen.

Literatuur

B. Van Waeyenberge, A. Puzic, H. Stoll, K. W. Chou, T. Tyliszczak, R. Hertel, M. Fähnle, H. Brückl, K. Rott, G. Reiss, I. Neudecker, D. Weiss , C. H. Back , G. Schütz. Magnetic vortex core reversal by excitation with short bursts of an alternating field. Nature, 23 November 2006.

Meer over magnetische geheugens

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 november 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.