Kredit:CC0 Public Domain
Fysikere har opdaget en meget hurtigere tilgang til at skabe et mønster af spins i en magnet. Denne genvej åbner et nyt kapitel i topologiforskning. Denne opdagelse tilbyder også en yderligere metode til at opnå mere effektiv magnetisk datalagring. Forskningen offentliggøres den 5. oktober i Naturmaterialer .
Fysikere har tidligere vist, at laserlys kan skabe et mønster af magnetiske spins. Nu har de opdaget en ny rute, der gør det muligt at gøre dette meget hurtigere, på mindre end 300 picosekunder (et picosekund er en milliontedel af en milliontedel af et sekund). Dette er meget hurtigere, end man tidligere troede var muligt.
Nyttig til datalagring:skyrmions
Magneter består af mange små magneter, som kaldes spins. Normalt, alle spins peger i samme retning, som bestemmer magnetens nord- og sydpol. Men retningerne af spindene danner nogle gange vortex-lignende konfigurationer kendt som skyrmioner.
"Disse skyrmioner i magneter kunne bruges som en ny type datalagring, " forklarer Johan Mentink, fysiker ved Radboud Universitet. I en årrække, Radboud-forskere har ledt efter optimale måder at kontrollere magnetisme med laserlys og i sidste ende bruge det til mere effektiv datalagring. I denne teknik, meget korte lysimpulser affyres mod et magnetisk materiale. Dette vender de magnetiske spins i materialet, som skifter lidt fra 0 til 1.
"Når de magnetiske spin tager den hvirvellignende form af en skyrmion, denne konfiguration er svær at slette, " siger Mentink. "Desuden, disse skyrmioner er kun nogle få nanometer (en milliardtedel af en meter) store, så du kan gemme en masse data på et meget lille stykke materiale."
Genvej
Faseovergangen mellem disse to tilstande i en magnet - alle spins, der peger i én retning til en skyrmion - kan sammenlignes med en vej over et højt bjerg. Forskerne har opdaget, at man kan tage en genvej gennem bjerget ved at opvarme materialet meget hurtigt med en laserpuls. Derved, tærsklen for faseovergangen bliver lavere i meget kort tid.
Et bemærkelsesværdigt aspekt af denne nye tilgang er, at materialet først bringes i en meget kaotisk tilstand, hvor topologien – som kan ses som antallet af skyrmioner i materialet – svinger stærkt. Forskerne opdagede denne tilgang ved at kombinere røntgenstråler genereret af den europæiske frie elektronlaser i Hamborg med ekstremt avanceret elektronmikroskopi og spindynamiksimuleringer. "Denne forskning involverede derfor en enorm teamindsats, " siger Mentink.
Nye muligheder
Denne grundlæggende opdagelse har åbnet et nyt kapitel i topologiforskning. Mentink forventer, at mange flere videnskabsmænd nu vil begynde at lede efter lignende måder at 'tage en genvej gennem bjerget' i andre materialer.
Denne opdagelse muliggør også nye tilgange til at skabe hurtigere og mere effektiv datalagring. Det er der et stigende behov for, for eksempel på grund af den gigantiske, energislugende datacentre, der er nødvendige for massiv datalagring i skyen. Magnetiske skyrmioner kan give en løsning på dette problem. Fordi de er meget små og kan laves meget hurtigt med lys, meget information kan potentielt lagres meget hurtigt og effektivt på et lille område.
Sidste artikelEn ny all-2-D lysemitterende felteffekttransistor
Næste artikelNanopartikler kan slukke for gener i knoglemarvsceller