Energiezuinig transport van magnetische bits mogelijk gemaakt
Onderzoekers van de
Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) en de Stichting FOM zijn erin geslaagd
om zeer energiezuinig de beweging van magnetische domeinwanden te beheersen,
middels elektrische velden. De vinding is van groot belang voor de ontwikkeling
van het racetrack-geheugen, een veelbelovende nieuwe technologie voor
dataopslag. Promovendus ir. Sjors Schellekens en collega's van de groep Fysica
van Nanostructuren van prof.dr. Bert Koopmans publiceerden dit resultaat 22 mei
online bij Nature Communications.
De ontwikkeling van degangbare elektrische geheugenchips loopt over niet al te lange tijd tegen zijngrenzen aan. Dit doordat elke bit onvermijdelijk verbonden is met een -relatief grote en kostbare - transistor. Bij magnetische opslag, zoals op eenharde schijf, is dat niet het geval. Maar een harde schijf is veel te traag omde geheugenchip te vervangen en is kwetsbaar door zijn bewegende delen. Daaromis in 2002 het concept bedacht van het racetrackgeheugen, waarin je veel meerdata op moet kunnen slaan dan in de huidige chips. In dit geheugen stromen de magnetischebits – ultrakleine gebiedjes met een verschillende magnetisatie – door eennanodraad heen en weer langs de lees- en schrijfkop. Alle onderdelen staanstil, alleen de data beweegt. Cruciaal hiervoor is beheersing van de 'wandjes'die de magnetische bits begrenzen: als het ene wandje sneller beweegt dan hetandere, halen ze elkaar in en gaat data verloren.
Tot dusverre kon men desnelheid van de wandjes alleen beheersen met magneetvelden en stromen, wat nietenergiezuinig is. De aanname was dat het niet kon met elektrische velden,doordat die alleen doordringen in de buitenste laag van het magnetischeopslagmateriaal. De Eindhovense onderzoekers hebben deze horde omzeild door eenultradun opslagmateriaal te gebruiken, slechts enkele atomen dik. Daardoorbestaat het materiaal grotendeels uit 'buitenste laag', waar de elektrischevelden wel diep genoeg in doordringen. De onderzoekers zijn er zo in geslaagdde snelheid van de wandjes met meer dan een factor tien te veranderen. "Enonze berekeningen laten zien dat het effect nog vele malen groter kanworden", zegt Schellekens.
Een groot voordeel van deelektrische velden is dat er amper energieverbruik is, en een zeer kleinestroomvoorziening dus volstaat. Hierdoor wordt het mogelijk om data beschikbaarte maken op plaatsen waar dat nu niet kan. Denk aan compacte autonomeelektronica, bijvoorbeeld in het menselijk lichaam of in kleding, vertelthoogleraar Koopmans. Op korte termijn verwacht hij dat de vinding een stroomvan nieuw onderzoek gaat uitlokken om het effect te verbeteren en om nieuwemogelijkheden te ontdekken. De eerste toepassingen verwacht hij binnen eentermijn van tien jaar.
Referentie
'Electric-fieldcontrol of domain wall motion in perpendicularly magnetized materials' van A.J. Schellekens ,A.v.d. Brink, J.H. Franken, H.J.M.Swagten en B. Koopmans (allen Technische Universiteit Eindhoven), NatureCommunications. doi: 10.1038/ncomms1848.