Spindoktorerne:Forskere opdager overraskende kvanteeffekt i harddiskmateriale

Forskere finder en overraskende måde at påvirke opbevaringsegenskaber for oplysninger i metallegeringer.

Nogle gange kan videnskabelige opdagelser findes på godt betrammede stier. Det beviste tilfældet for et kobolt-jernlegeringsmateriale, der almindeligvis findes på harddiske.

Som rapporteret i et nyligt nummer af Fysisk gennemgangsbreve , forskere fra det amerikanske energiministerium (DOE) Argonne National Laboratory, sammen med Oakland University i Michigan og Fudan University i Kina, har fundet en overraskende kvanteeffekt i denne legering.

Effekten involverer evnen til at kontrollere retningen af ​​elektron -spin, og det kunne give forskere mulighed for at udvikle mere kraftfulde og energieffektive materialer til opbevaring af oplysninger. Ved at ændre elektron -spin -retningen i et materiale, forskerne var i stand til at ændre dens magnetiske tilstand. Denne større kontrol med magnetisering gør det muligt at gemme og hente flere oplysninger i et mindre rum. Større kontrol kan også give yderligere applikationer, såsom mere energieffektive elmotorer, generatorer og magnetiske lejer.

Den effekt, forskerne opdagede, har at gøre med "dæmpning, "hvor elektronespinsretningen styrer, hvordan materialet spilder energi." Når du kører din bil ned ad en flad motorvej uden vind, den spredende energi fra træk er den samme uanset den retning, du rejser, "sagde Argonne -materialeforsker Olle Heinonen, forfatter til undersøgelsen. "Med den effekt, vi opdagede, det er som om din bil oplever mere træk, hvis du rejser nord-syd, end hvis du rejser øst-vest. "

"Teknisk set, vi opdagede en betydelig effekt fra magnetisk dæmpning i nanoskala lag af kobolt-jernlegering belagt på den ene side af et magnesiumoxidsubstrat, "tilføjede Argonne materialeforsker Axel Hoffmann, en anden forfatter til undersøgelsen. "Ved at styre elektron -spin, magnetisk dæmpning dikterer hastigheden af ​​energispredning, styrende aspekter af magnetiseringen. "

Holdets opdagelse viste sig især overraskende, fordi kobolt-jernlegeringen havde været meget udbredt i applikationer som magnetiske harddiske i mange årtier, og dens egenskaber er blevet grundigt undersøgt. Det var konventionel visdom, at dette materiale ikke havde en foretrukken retning for elektronspin og dermed magnetisering.

I fortiden, imidlertid, forskere forberedte legeringen til brug ved at "bage" den ved høj temperatur, som beordrer arrangementet af kobolt og jernatomer i et almindeligt gitter, eliminering af retningsvirkning. Teamet observerede effekten ved at undersøge ubagte kobolt-jernlegeringer, hvor kobolt og jernatomer tilfældigt kan indtage hinandens steder.

Holdet var også i stand til at forklare den underliggende fysik. I en krystalstruktur, atomer sidder normalt med helt regelmæssige intervaller i et symmetrisk arrangement. I krystalstrukturen af ​​visse legeringer, der er små forskelle i adskillelsen mellem atomer, der kan fjernes gennem bagningsprocessen; disse forskelle forbliver i et "ubagt" materiale.

At klemme et sådant materiale på atomniveau ændrer yderligere adskillelsen af ​​atomerne, hvilket resulterer i forskellige vekselvirkninger mellem atomspins i det krystallinske miljø. Denne forskel forklarer, hvordan dæmpningseffekten på magnetisering er stor i nogle retninger, og lille i andre.

Resultatet er, at meget små forvrængninger i atomarrangementet i den krystallinske struktur af kobolt-jernlegering har kæmpe konsekvenser for dæmpningseffekten. Teamet kørte beregninger på Argonne Leadership Computing Facility, en DOE Office of Science brugerfacilitet, der bekræftede deres eksperimentelle observationer.

Forskernes arbejde vises i online -udgaven af ​​21. marts af Fysisk gennemgangsbreve og har ret, "Kæmpe anisotropi af Gilbert dæmpning i epitaksiale CoFe -film."