▷ Op weg naar snellere en efficiëntere gegevensopslag, PI nr. 83/2021

17.08.2021 – 14:11

Universiteit van Konstanz

document

• PI-nummer. 83_2021, Geschiedenis ~ tiferromagneten.pdf
  PDF – 160 KB

Op weg naar snellere en efficiëntere gegevensopslag

Het onderzoeksteam met de deelname van de Universiteit van Konstanz ontdekt magnetische verschijnselen in antiferromagneten, wat de weg zou kunnen effenen voor de ontwikkeling van snellere en efficiëntere gegevensopslagapparaten.

Hoe gedragen magnetische golven zich en planten ze zich voort in antimagneten, materialen die worden verhandeld als kandidaten voor toekomstige gegevensopslag? En welke rol spelen zogenaamde “domeinmuren” hierin? Dit zijn de vragen huidige post Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van natuurkundige Constance D. David Bossini onlangs gepubliceerd in het vakblad fysieke beoordelingsberichten Hij kwam tevoorschijn. In dit artikel beschrijven onderzoekers magnetische verschijnselen in antiferromagneten die kunnen worden geactiveerd met extreem korte laserpulsen in het femtoseconde bereik en met behulp van materialen nieuwe functies kunnen krijgen voor gebruik als ultrasnelle en energiebesparende gegevensopslagapparaten. In de toekomst.

De behoefte aan storage groeit sneller dan de bijbehorende infrastructuur

De snelle toename van big data-technologieën en het gebruik van cloudgebaseerde diensten leidt tot een gestage groei van de wereldwijde vraag naar snellere gegevensopslag en gegevensverwerking. De huidige technologieën zullen dit echter op lange termijn niet kunnen accommoderen. zegt dr. David Bossini, een natuurkundige aan de Universiteit van Konstanz en eerste auteur van de huidige studie.

Om een ​​datacrunch te voorkomen, is het simpelweg niet voldoende om grotere hoeveelheden opslagcapaciteit aan te bieden. Duurzame technologieën moeten ook sneller en energiezuiniger worden dan traditionele apparaten voor massaopslag. Een klasse materialen die wordt verhandeld als een veelbelovende kandidaat en bron voor de ontwikkeling van de volgende generatie informatietechnologie zijn de zogenaamde antimagneten.

Anti-magneet structuur

Permanente magneten van ijzer of andere ferromagnetische materialen kennen we allemaal uit ons dagelijks leven. Binnen hen creëert de gewijzigde opstelling van de magnetische momenten van naburige atomen – die kunnen worden gevisualiseerd als kleine kompasnaalden – magnetische polarisatie of “magnetisatie”, die ook in de buurt van de magneet werkt. Aan de andere kant verandert bij de zogenaamde antiferromagneten de richting van de magnetische momenten tussen naburige atomen, zodat ze elkaar opheffen. Dus antiferromagneten hebben geen netto magnetisatie – ze lijken “niet-magnetisch” aan de buitenkant.

Binnenin zijn antimagnetische lichamen verdeeld in een groot aantal kleinere gebieden, de zogenaamde domeinen, die verschillen in de speciale richting van de tegengesteld gerangschikte magnetische momenten. Op hun grensvlakken zijn deze domeinen van elkaar gescheiden door overgangsgebieden, die “domeinmuren” worden genoemd. “Hoewel deze overgangen alomtegenwoordig zijn in antiferromagneten, was er eerder weinig bekend over het effect van veldwanden op de magnetische eigenschappen van antimagneten, vooral als we kijken naar zeer korte tijdschalen”, zegt Bossini.

Magnetische verschijnselen in het femtoseconde bereik

In hun huidige specialistische artikel beschrijven de onderzoekers wat er gebeurt als antiferromagneten – in dit geval nikkeloxidekristallen – worden geëxciteerd met ultrakorte laserpulsen in het femtoseconde bereik. De femtosecondeschaal omvat tijden die zo kort zijn dat licht gedurende deze tijd slechts zeer korte afstanden aflegt: in femtoseconden – een kwart miljoenste van een seconde – beweegt het licht slechts 0,3 micrometer, wat overeenkomt met de diameter van een kleine bacterie.

Het internationale onderzoeksteam kon aantonen dat de domeinwanden een actieve rol spelen in de dynamische eigenschappen van antimagneten. In het bijzonder hebben tests aangetoond dat magnetische golven van verschillende frequenties in een materiaal kunnen worden geëxciteerd, versterkt en zelfs aan elkaar kunnen worden gekoppeld over veldgrenzen heen. Dit kan echter alleen in aanwezigheid van domeinmuren. “Onze waarnemingen laten zien hoe de alomtegenwoordigheid van domeinmuren in antiferromagneten kan worden benut om materie op een ultrasnelle tijdschaal van nieuwe functionaliteit te voorzien”, zegt Bossini, die het belang van zijn onderzoek uitlegt.

Belangrijke stappen naar efficiëntere gegevensopslag

De koppeling van verschillende magnetische golven door veldwanden toont de mogelijkheid van effectieve controle van de tijdelijke en ruimtelijke voortplanting van magnetische golven evenals de overdracht van energie tussen individuele golven in het materiaal – in het femtoseconde bereik. Beide zijn voorwaarden voor het gebruik van materialen voor ultrasnelle gegevensverwerking en -opslag.

In vergelijking met traditionele opslagtechnologieën zullen dergelijke technologieën op basis van magnetische magneten vele malen sneller in omvang zijn, energiezuiniger en kunnen gegevens met een hogere dichtheid worden opgeslagen en verwerkt. Bij afwezigheid van een magnetisch netwerk zijn de gegevens beter beschermd tegen externe interferentie en manipulatie. Zo zullen toekomstige technologieën op basis van ferromagneten voldoen aan alle eisen die aan de volgende generatie gegevensopslagapparaten worden gesteld. Dit zou je in staat moeten stellen om te voldoen aan de groeiende vraag naar opslagruimte en gegevensverwerkingsmogelijkheden”, vat Bossini samen.

Feiten overzicht:

• Originele publicatie: D. Bossini, M. Pancaldi, L. Soumah, M. Basini, F. Mertens, M. Cinchetti, T. Satoh, O. Gomonay, S. Bonetti (2021) Ultrasnelle versterking en niet-lineaire magneto-elastische koppeling van coherente Magnon-modi in Anti magneet. Fysieke beoordelingsbrieven. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.077202
• Onderzoek naar de rol van veldwanden voor de dynamische eigenschappen van femtoseconde antimagneten
• In aanwezigheid van domeinwanden kunnen magnetische golven van verschillende frequenties in het materiaal (nikkeloxide) worden geïnduceerd met behulp van laserpulsen, die ze versterken en aan elkaar koppelen over de domeingrenzen heen.
• Effectieve controle van de temporele en ruimtelijke voortplanting van magnetische golven en energieoverdracht tussen individuele golven in antimagneten zijn veelbelovende stappen in de richting van het gebruik van materialen voor duurzame gegevensopslag en technieken.
• Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), European Cooperation in Science and Technology (COST), Knut and Alice Wallenberg Foundation, Swedish Research Council (VR), European Research Council (ERC) en National Science Foundation (NSF).

Noot voor de redactie:

De afbeelding is hieronder te downloaden:

https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2021/auf_dem_weg.jpg

Bijschrift: Door middel van laserpulsen in het femtoseconde bereik kunnen magnetische golven (zogenaamde coherente spingolven) worden opgewekt in een antimagnetisch veld (hierboven). Magnetische golven van aangrenzende domeinen worden op een ultrasnelle tijdschaal aan elkaar gekoppeld via domeinwanden (onder).

Afbeelding tegoed: Davide Bossini

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: + 49 7531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

– een.kn