Tehokkaampia muistimateriaaleja

Argonnen tutkijat ovat löytäneet keinon ohjata elektronin spinin suuntaa koboltti-rautaseoksessa, vaikuttamalla sen magneettisiin ominaisuuksiin. Tuloksena voi olla tehokkaampia materiaaleja datan tallennukseen.

Yhdysvaltaisen Argonne National Laboratoryn sekä Oaklandin ja kiinalaisen Fudanin yliopistojen tutkijoiden yhteistyö on löytänyt yllättävän kvanttivaikutuksen kiintolevyasemissa käytetyssä materiaalissa.

Löydetty vaikutus sisältää kyvyn ohjata elektronin spinin suuntaa materiaalissa ja siten tutkijat pystyivät kehittämään tehokkaamman informaation tallentamisen ja hakemisen pienemmässä tilassa.

Tutkijoiden havaitsema vaikutus liittyy Gilbert-vaimennukseen, ”jossa elektronin spinin suunta ohjaa sitä miten materiaali haihduttaa energiaa”, toteaa Argonnen materiaalitutkija Olle Heinonen.

Teknisesti tutkijat havaitsivat magneettisen vaimennuksen huomattavan vaikutuksen koboltti-rautaseoksesta, joka oli päällystetty yhdeltä sivulta magnesiumoksidin substraatilla.

Löytö on yllättävä, koska koboltti-rautaseosta on käytetty jo pitkään esimerkiksi magneettisissa kiintolevyissä. Tällä kertaa materiaalia ei kuitenkaan lämpökäsitelty kiderakenteen vähäisien erojen poistamiseksi.

Nyt nämä erot ja materiaalin edelleen puristaminen toivat esiin sen miten magnetisoitumisen vaimennusvaikutus on giganttinen joissakin suunnissa ja toisissa pieni.

Arkansasin yliopiston fyysikot ovat tutkineet vismutti ferriittiä, joka on yleisesti lyhennetty BFO:ksi, materiaalina, joka voi tallentaa informaatiota paljon tehokkaammin kuin tällä hetkellä on mahdollista.

Nykyisin muistitekniikoissa informaatiota koodataan magneettikentillä, prosessissa, joka vaatii paljon energiaa, josta yli 99 prosenttia menee hukkaan lämmön muodossa.

BFO on multiferroinen eli se vastaa sekä sähkö- että magneettikenttiin ja on siten mahdollisesti tehokas muistimateriaali. Mutta sen magnetosähköinen vaste on liian pieni.

Nyt tutkijat hyödynsivät Arkansasin yliopiston laskentakeskusta simuloimaan olosuhteita, jotka parantavat magnetosähköistä vastetta sellaiseksi, että sitä voitaisiin käyttää tehokkaaseen informaation tallentamiseen sähkökentän eikä magnetismin avulla.

Tutkijat dokumentoivat kasvavasta vasteesta vastaavan ilmiön, jota he kutsuivat "sähköakustiseksi magnoniksi". Nimi heijastaa sitä, että keksintö on kolmen tunnetun "kvasipartikkelin" yhdistelmä, jotka ovat samanlaisia kuin värähtelyt kiinteissä: akustiset fononit, optiset fononit ja magnonit.

Näillä löydöillä on myös muita materiaalisia sovelluksia. Uuden koboltti-rautaseoksen tehokkaampi hallinta voisi olla omiaan myös energiatehokkaammissa sähkömoottoreissa, generaattoreissa ja magneettisissa laakereissa.

Vismutti-ferriitiä voitaisiin puolestaan käyttää myös antureissa, muuntimissa ja muissa elektroniikan sovelluksissa.

Aiheista aiemmin:

Uudenlainen magnetosähköinen ilmiö

Faasimuutos sähkön avulla

Vaimennus antaa nopeamman kytkennän