Magneettisuus vaihtuukin hitaammin

Magneetit voivat menettää magneettisuutensa altistuessaan vahvalle magneetille tai korkealle kuumuudelle.

Tohokun yliopiston tutkijat pyrkivät ymmärtämään paremmin lämpöaktivoituvan kytkentäreaktion monimutkaisia tapoja nanomagneeteissa ja mittasivat sen kokeellisesti ensimmäistä kertaa.

Magnetisaation kahta vakaata suuntaa erottaa energiaeste. Lämpötilavaihtelut voivat toisinaan työntää magnetisaatiota tämän esteen yli, jolloin suunta vaihtuu.

Tämä vakaus on magneettisten tallennustekniikoiden, kuten kiintolevyjen, taustalla oleva periaate. Näissä laitteissa jokainen informaatiobitti tallennetaan pieneen magneettiin. Energiaesteen korkeus on verrannollinen magneetin tilavuuteen. Kun tallennustiheys kasvaa ja magneetit pienenevät, este laskee, mikä lisää riskiä, että lämpötilan vaihtelut voivat kääntää magnetisaation ja tuhota tallennetun datan.

Tällaisen lämpöaktivoituvan kytkennän todennäköisyys noudattaa Arrheniuksen lakia. Tässä mallissa magneetti yrittää toistuvasti ylittää energiaesteen ominaisajalla, jota kutsutaan yritysajaksi (τ₀). Lähes 70 vuoden ajan tämän yritysajan on oletettu olevan noin yksi nanosekunti. Sitä ei kuitenkaan ole koskaan mitattu onnistuneesti kokeellisesti.

Yritysajan mittaamiseksi tutkimusryhmä valmisti nanomagneettisia rakenteita mittasi niiden reagointitapaa – kuten miten se vaihtaa kahden vastakkaisen magnetointitilan välillä huoneenlämmössä.

Uudenlaisella mittaustavalla he havaitsivat, että yritysaika on noin 4–11 nanosekuntia, mikä on yli kymmenen kertaa aiemmin oletettua pidempi.

"Tämä parametri on oletettu olemassaoloksi vuosikymmeniä, mutta sitä ei ole koskaan mitattu suoraan", sanoo apulaisprofessori Shun Kanai. "Kokeemme osoittavat, että nanomagneettien perustavanlaatuiset kytkentäyritykset tapahtuvat paljon hitaammin kuin aiemmin on ajateltu."

Tutkimus viittaa myös siihen, että magneetin sisällä olevat kollektiiviset spin-viritykset, jotka tunnetaan spin-aaltoina, vaikuttavat kytkentäprosessiin ja hidastavat tehokkaita kytkentäyrityksiä.

Nyt kun yritysaika on kokeellisesti mitattu, tämä arvo voi toimia tarkempana perustana magneettisten laitteiden, kuten kiintolevyjen ja magnetoresistiivisten RAM-muistien, vakauden jatkokehitykselle ja arvioinnille.

Kehittyvät laskentatekniikat, kuten spintroniset probabilistiset laskentalaitteet (p-bitit), jotka tarkoituksella hyödyntävät lämpötilavaihteluita, voivat myös hyötyä tästä löydöstä.

Aiheesta aiemmin:

Magnetisaation erittäin nopea ravistelu

Uusi laji magnetismia