Domænevægge i nanotråde sætter smart i gang

Forskere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) har opnået et stort gennembrud i udviklingen af ​​metoder til informationsbehandling i nanomagneter. Ved at bruge et nyt trick, de har været i stand til at inducere synkron bevægelse af domænevæggene i en ferromagnetisk nanotråd. Dette involverede påføring af et pulseret magnetfelt, der var vinkelret på planet af domænevæggene.

"Dette er en radikalt ny løsning, " forklarede professor Mathias Kläui fra Institut for Fysik ved Johannes Gutenberg University Mainz. "Det gør det muligt for os at flytte domænevægge synkront over en relativt stor afstand, uden at de vender tilbage til deres oprindelige position." Dette er afgørende for permanent datalagring, fordi data ellers ville gå tabt, hvis domænevægge ikke kollektivt blev fortrængt på en kontrolleret måde. Forskningen blev udført i samarbejde med arbejdsgrupperne af professor Stefan Eisebitt ved TU Berlin og professor Gisela Schütz fra Max Planck Instituttet for Intelligente Systemer i Stuttgart. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation i slutningen af ​​marts.

Magnetiske nanotråde har små områder med ensartet magnetisering kaldet domæner, som kan bruges som lagerenheder (bits). Stedet, hvor domæner med forskellig justering møder hinanden, kaldes en domænevæg. Oplysninger kan gemmes i domænet, og læses og behandles ved hjælp af domænevæggenes bevægelse. Metoden har den store fordel, at informationen – som ved magnetisk datalagring generelt – ikke let kan gå tabt. Dette står i kontrast til halvlederbaserede lagersystemer, såsom RAM i pc'er, som mister al gemt information uden strøm. Ud over, der kræves ingen skrøbelige bevægelige dele, såsom læse-/skrivehovedet på en harddisk.

Det har ikke tidligere vist sig muligt at inducere den nødvendige kontrollerede og synkroniserede bevægelse af flere domænevægge ved hjælp af magnetiske felter. Den mest oplagte tilgang ville være at anvende et magnetfelt i den retning, som magnetiseringen løber i de små nanotråde. Imidlertid, dette har vist sig at være ineffektivt, da der er tab af data. Mathias Kläui og hans gruppe gik en radikalt ny vej. De besluttede at anvende et pulseret magnetfelt vinkelret på de magnetiserede domænevægge i planet. Som Mainz-forskerne fandt i deres modelsystem, det er muligt at tilpasse de asymmetriske feltimpulser, der giver de fremad- og bagudorienterede kræfter, der virker på domænevægge. Data kan således flyttes inden for lagringsmediet på en kontrolleret måde.

De deltagende fysikere ved Mainz Universitet prøvede først deres koncept i forbindelse med mikromagnetiske simuleringer og testede det derefter eksperimentelt. Til dette formål, de optog billeder af det magnetiske arrangement i de små nanotråde ved hjælp af elektronlagringsringen BESSY II fra Helmholtz Center Berlin for Materialer og Energi (HZB). Som forventet fra simuleringen, de observerede forskydning af domænevæggene i en retning, der var i overensstemmelse med modellen. Forskerne beregnede også den energi, der ville være nødvendig for den eksperimentelt observerede domænevægsbevægelse og kom til den konklusion, at energiforbruget i det foreslåede system ville være ret omkostningseffektivt sammenlignet med de bedste komponenter, der er tilgængelige i øjeblikket.

"Resultaterne er meget lovende. Vi antager, at det nødvendige paradigmeskifte vil blive lettet af denne nye tilgang, og det vil vise sig muligt at udvikle en metode til effektiv og kontrolleret synkron bevægelse af domænevæggene i nanotråde, " sagde Kläui. Dette ville bane vejen for udviklingen af ​​ikke-flygtige spintroniske komponenter af den næste generation, som kunne bruges i en lang række applikationer til datalagring samt logik- og sensormoduler.