Nanomagneter giver stof til eftertanke om computerhukommelser

(PhysOrg.com) - Magnetforskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) farvede masser af æg for nylig. Kaniner og børn synes måske æggene er lidt små - faktisk for lille til at se uden et mikroskop. Men disse "ægcentriske" nanomagneter har en anden praktisk anvendelse, foreslår strategier til fremstilling af fremtidige computerhukommelser med lav effekt.

For en undersøgelse beskrevet i et nyt papir, NIST-forskere brugte elektronstråle litografi til at lave tusinder af nikkel-jern magneter, hver cirka 200 nanometer (milliarder af en meter) i diameter. Hver magnet er normalt formet som en ellipse, en let flad cirkel. Forskere lavede også nogle magneter i tre forskellige æglignende former med en stadig mere spids ende. Det er alt sammen en del af NIST -forskning om nanoskala magnetiske materialer, enheder og målemetoder til støtte for udvikling af fremtidige magnetiske datalagringssystemer.

Det viser sig, at selv små forvrængninger i magnetform kan føre til betydelige ændringer i magnetiske egenskaber. Forskere opdagede dette ved at undersøge magneterne med en laser og analysere, hvad der sker med elektronernes "spins", en kvanteegenskab, der er ansvarlig for magnetisk orientering. Ændringer i spin -orienteringen kan forplante sig gennem magneten som bølger ved forskellige frekvenser. Jo mere æglignende magneten, jo mere komplekse bølgemønstre og deres relaterede frekvenser. (Noget lignende sker, når du smider en rullesten i en asymmetrisk formet dam.) Skiftene er mest markante i enderne af magneterne.

For at bekræfte lokaliserede magnetiske effekter og "farve" æggene, forskere lavede simuleringer af forskellige magneter ved hjælp af NISTs objektorienterede mikromagnetiske ramme (OOMMF). (Se grafik.) Lysere farver angiver stærkere frekvenssignaler.

Ægeffekterne forklarer uregelmæssig adfærd observeret i store arrays af nanomagneter, som kan være ufuldkommen formet af litografiprocessen. Sådanne forvrængninger kan påvirke skift i magnetiske enheder. Æggestudieresultaterne kan være nyttige til at udvikle hukommelser med tilfældig adgang (RAM) baseret på interaktioner mellem elektronspins og magnetiserede overflader. Spin-RAM er en fremgangsmåde til fremstilling af fremtidige minder, der kunne give højhastighedsadgang til data og samtidig reducere processorens strømbehov ved at gemme data permanent i stadig mindre enheder. Formning af magneter som æg bryder et symmetrisk frekvensmønster, der findes i ellipsestrukturer, og giver dermed mulighed for at tilpasse og styre koblingsprocessen.

"For eksempel, forsætlig mønster af æglignende forvrængninger i spinRAM-hukommelseselementer kan lette mere pålidelig omstilling, "siger NIST -fysiker Tom Silva, forfatter til det nye papir.

"Også, denne undersøgelse har givet påskeharen et helt nyt marked for produktudvikling. "