Antiferromagnetiske materialer og deres egnethed til fremtidige datalagringsapplikationer

Samfundets stigende brug af elektroniske enheder motiverer søgen efter nye og bedre datalagringsteknikker. Magnetiske lagerenheder, såsom harddiske, har været grundpillerne for datalagring i løbet af de sidste par årtier. Disse enheder, som bruger ferromagnetisk bit-orientering til at lagre data, nærmer sig dog hurtigt deres fysiske grænser. At erstatte ferromagneter med antiferromagneter, den magnetiske fætter til ferromagneter, kan løse denne begrænsning, men det er en udfordring at kontrollere den magnetiske orientering af antiferromagnetiske bits. For sin ph.d. forskning, undersøgte Casper Schippers flere aspekter af forskellige antiferromagnetiske materialer for at fastslå deres egnethed til fremtidige datalagringsapplikationer.

I magnetiske lagringsenheder lagres data ved hjælp af orienteringen af ​​de magnetiske momenter af en magnetisk bit, som ofte er lavet af ferromagneter. Ved at ændre orienteringen af ​​de magnetiske momenter fra op til ned, er det muligt at gemme enten et "0" eller et "1". Ferromagneter udviser imidlertid en nettomagnetisering, hvilket betyder, at de genererer et magnetisk strøfelt, som kan påvirke tilstødende bits.

For at løse dette problem kan man erstatte ferromagneterne med antiferromagneter. I modsætning til ferromagneter er antiferromagneter materialer, der udviser nul nettomagnetisering, på trods af at de har en magnetisk struktur på atomniveau som ferromagneter. Det betyder, at de har en magnetisk orientering, hvori data kan lagres (ligesom i en ferromagnet), men de genererer ingen magnetiske strøgfelter og er ekstremt ufølsomme over for magnetiske felter.

For potentielle datalagringsapplikationer betyder det, at to tilstødende antiferromagnetiske bits ikke har nogen mulighed for at påvirke hinanden via strøfelter, hvilket er hovedproblemet, der begrænser tætheden i ferromagnetisk datalagring.

Men denne ufølsomhed og fravær af herreløse felter gør det også udfordrende at manipulere og inspicere den magnetiske rækkefølge af antiferromagneter. Men i 2018 rapporterede forskere for første gang, at det er muligt med vilje at ændre retningen af ​​antiferromagnetiske bits ved hjælp af elektriske strømme. Dette er et stort skridt hen imod at bruge antiferromagneter i datalagringsapplikationer.

Anisotropi uafhængighed

At have midlerne til at kontrollere antiferromagnetiske bits er kun begyndelsen, da forskere også skal vide mere om, hvordan forskellige egenskaber ved antiferromagneter påvirker deres kapacitet til at blive brugt til datalagring.

For sin ph.d. forskning undersøgte Casper Schippers flere forskellige aspekter af antiferromagneter, og hvordan disse påvirker deres potentielle brug i enheder. Først undersøgte han anisotropien, eller den foretrukne orientering af de magnetiske momenter, i antiferromagnetisk koboltoxid (CoO) (som er et materiale, der almindeligvis anvendes i antiferromagneter) ved hjælp af høje magnetiske felter, hvor han observerede, at anisotropien afhænger af orienteringen og magnetfeltets styrke. Dette er i modsætning til, hvad forskere indtil nu har antaget.

Elektrisk manipulation

Dernæst så Schippers på den elektriske manipulation af de antiferromagnetiske materialer CoO og nikkeloxid (NiO). Eksperimenter for at udforske muligheden for elektrisk manipulation er ofte plaget af ikke-magnetiske parasitvirkninger, som ikke kan skelnes fra de faktiske magnetiske effekter, eksperimenterne forsøger at påvise. Med dette i tankerne studerede Schippers og hans samarbejdspartnere to teknikker til at adskille de magnetiske og de ikke-magnetiske effekter ved at ændre temperaturen og anvende høje magnetiske felter.

Endelig undersøgte Schippers også det antiferromagnetiske, såkaldte Van der Waals-materiale nikkelphosphortrisulfid (NiPS₃ ). Han viste, at når materialet er forbundet med en almindelig ferromagnet, og en strøm drives gennem ferromagneten, kan det udøve uventet effektive drejningsmomenter på magnetiseringen af ​​ferromagneten.

Arbejdet beskrevet i Schippers afhandling øger vores grundlæggende forståelse af antiferromagneter, og tilføjer til de tilgængelige værktøjer til at undersøge og arbejde med antiferromagneter. Schippers forskning baner vejen for aktivt at bruge antiferromagneter i datalagringsenheder i fremtiden. + Udforsk yderligere

Forskere opklarer mysteriet 'Hall-effekt' i deres søgen efter næste generations hukommelseslagringsenheder