Magnetisme har trækket til at transformere vores digitale liv

Digital hukommelse og sikkerhed kunne transformeres ifølge ny forskning, som for første gang har vist, at antiferromagneter let kan kontrolleres og aflæses ved at skifte retning for almindelige elektriske strømme med superhurtig hastighed.

Fysikere ved University of Nottingham, har offentliggjort ny forskning i det prestigefyldte akademiske tidsskrift Naturnanoteknologi som viser, hvordan den 'magnetiske rækkefølge' af disse antiferromagneter effektivt kan kontrolleres for at oprette en hukommelsesenhed, der potentielt er en 1, 000 gange hurtigere end nuværende teknologier - en opdagelse, der kunne transformere digital hukommelse, gør enheder mindre, meget hurtigere, mere sikker og energieffektiv.

Lederforsker Dr. Peter Wadley, fra School of Physics and Astronomy ved University of Nottingham sagde:"For nylig viste vi i Nottingham for første gang, at antiferromagneter let kan kontrolleres og aflæses ved hjælp af almindelige elektriske strømme, og på den måde demonstreret den første alt-antiferromagnetiske hukommelsesenhed. Denne forskning tager dette et skridt videre og viser en endnu mere effektiv måde at kontrollere dem med færre elektriske kontakter. Brug af antiferromagneter i spintronics er ikke en trinvis ændring fra tidligere tilgange, men virkelig et helt andet boldspil. Dette kan være enormt vigtigt, da antiferromagneter har et spændende sæt egenskaber, herunder en teoretisk omskifterhastighedsgrænse, der er cirka 1000 gange hurtigere end de bedste aktuelle hukommelsesteknologier. "

Denne nye form for hukommelse kan være yderst nyttig i moderne elektronik. Antiferromagneter producerer ikke magnetfelter, hvilket betyder, at de enkelte elementer kan pakkes tættere, hvilket fører til højere lagertæthed. Antiferromagnetisk hukommelse er også ufølsom over for magnetfelter og stråling, hvilket gør den særligt velegnet til nichemarkeder, såsom satellit- og flyelektronik.

Forklarer magnetisme

Magnetiske materialer har været teknologisk vigtige i århundreder, fra kompasset til moderne harddiske. Men næsten alle disse materialer har tilhørt en type magnetisk orden:ferromagnetisme. Det er den type magnet, vi alle kender fra køleskabsmagneter til vaskemaskinemotorer og computerharddiske. De producerer et eksternt magnetfelt, som vi kan "mærke", fordi alle de bittesmå atommagnetiske øjeblikke, der udgør dem, kan lide at justere i samme retning. Det er dette felt, der får køleskabsmagneter til at hænge fast, og som vi nogle gange ser kortlagt med jernfilter.

Fordi de mangler et eksternt magnetfelt, er antiferromagneter svære at opdage og indtil nu svære at kontrollere. Af denne grund har de næsten ikke fundet nogen applikationer. Antiferromagneter producerer intet eksternt magnetfelt, fordi alle de tilgrænsende små atomiske øjeblikke peger i nøjagtigt modsatte retninger fra hinanden. Derved annullerer de hinanden, og der opstår ikke noget eksternt magnetfelt:de holder sig ikke til køleskabe eller afleder en kompassnål.

Men antiferromagneter er magnetisk mere robuste, og når du skifter en antiferromagnet kan det ske cirka 1000 gange hurtigere end en ferromagnet. Dette kan skabe computerhukommelse, der fungerer langt hurtigere end den nuværende hukommelsesteknologi.

Hvordan gjorde de det?

Ved hjælp af en meget specifik krystalstruktur, CuMnAs, vokset i næsten fuldstændigt vakuum, atomlag for atomlag - forskergruppen har vist, at tilpasningen af ​​de 'magnetiske øjeblikke' for visse typer antiferromagneter kan styres med elektriske pulser gennem materialet.

Dr. Wadley fortsætter:"Hvis du er i stand til at kontrollere antiferromagneter, bevæger de sig meget hurtigt. Vi har netop demonstreret kontrol ved hjælp af enkelt picosekund laserpulser, som placerer dem i Terahertz -regimet (~ 1000 gange hurtigere end de bedste kommercielle minder). Vi har også demonstreret effektive elektriske midler til at kontrollere dem ved stuetemperatur ved hjælp af strømme af samme rækkefølge som kommercielle hukommelsesenheder. Det betyder, at vi måske ikke er så langt fra kommerciel anvendelse og har ført til en enorm interesse for forskningsområdet i de sidste 2 år. "

Virkning på samfundet

Hvis alt dette potentiale kunne realiseres, antiferromagnetisk hukommelse ville være en glimrende kandidat til en såkaldt "universel hukommelse", udskiftning af alle andre former for hukommelse i computing, og transformere vores elektroniske enheder.

Dr. Wadley konkluderer:"Med evnen til at kontrollere antiferromagneter er vi tættere på end nogensinde at være i stand til at anvende dette kommercielt. Antiferromagnetik har potentiale til at udkonkurrere andre former for hukommelse, hvilket ville føre til et redesign af computingarkitektur, enorme hastighedsforøgelser og energibesparelser. Den ekstra computerkraft kan have store samfundsmæssige konsekvenser på mange områder, herunder beregning af tunge områder som kræftforskning og forskning i degenerative sygdomme. "