Nieuwe vondst legt basis voor sneller computergeheugen

Onderzoekers van Technische Universiteit Eindhoven en twee universiteiten in Duitsland en Zuid-Korea hebben ontdekt dat magnetische laagjes op een bijzondere manier op elkaar reageren. De vondst legt de basis voor snellere en betere geheugens in computers, met een grotere datacapaciteit. De onderzoeksresultaten worden gepubliceerd in Nature Materials.

We zijn tegenwoordig gewend om overal en altijd videos te streamen, audioboeken te downloaden op onze mobiele appraten en enorme hoeveelheden foto’s op te slaan op onze apparaten. De benodigde opslagcapaciteit groeit dan ook snel, en onderzoekers werken hard aan de ontwikkeling van nieuwe data-opslagmogelijkheden. Een optie is zogenaamde ‘racetrack memory’, een experimentele technologie waarbij data worden opgeslagen in nanodraadjes, in laagjes met een tegengestelde magnetische lading, ‘domeinen’ genaamd.

De magnetisatie van twee ferromagnetische lagen (rood en blauw) verandert door de onderlinge interactie. In plaats van antiparallel staan de spins loodrecht op elkaar.

Het onderzoeksteam van de TU/e, de Johannes Gutenberg-universiteit en het Peter Grunberg-instituut in Duitsland, en het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology en de Sogang University in Zuid-Korea hebben ontdekt hoe ze deze racetrack-apparaten aanzienlijk kunnen verbeteren. Ze doen dit door in plaats van individuele domeinen driedimensionale spin-structuren te gebruiken.

Spin is een magnetische eigenschap van elektronen en andere fundamentale deeltjes, en kun je vergelijken met een ingebouwde kompasnaald. Door de spin ontstaat een magnetisch moment, dat je kunt uitlezen, en vervolgens kunt gebruiken voor data-opslag. Door het gebruik van deze spinstructuren, wordt de geheugenopslag aanzienlijk sneller, en kunnen er meer data worden opgeslagen.

Interactie

De onderzoekers wisten aan te tonen dat tussen twee magnetische lagen met daartussen een neutrale, niet-magnetische laag een tot dusver onbekende interactie optreedt. Normaal zouden de spins in de ene laag parallel of antiparallel staan ten opzichte van de spins in de andere. Maar wat bleek? De spins draaien juist ten opzichte van elkaar, tot ze loodrecht op elkaar staan, in een hoek van 90 graden.

Reinoud Lavrijsen, universitair docent bij de faculteit Technische Natuurkunde: ‘Met deze doorbraak kunnen we verschillende nieuwe driedimensionale spinstructuren ontwerpen, die op de lange termijn kunnen leiden naar nieuwe magnetische opslageenheden. De aangetoonde interactie is echter op dit moment nog niet sterk genoeg voor praktische toepassingen. Maar we zijn vast van plan om hiermee door te gaan, zodat ze in de toekomst kunnen worden gebruikt in driedimensionale data-opslag en logica-chips.”

SAmenwerking

Volgens Lavrijsen is dit onderzoek “bij uitstek een voorbeeld hoe onderzoekers en instellingen van wereldklasse met elkaar kunnen samenwerken”. Het project werd in 2014 opgestart binnen de onderzoeksgroep Physics of Nanostructures door Dr. Dong-Soo Han, voormalig post-doc aan de TU/e, in samenwerking met prof. Henk Swagten. De gebruikte materialen werden verstrekt door het NanoAccess onderzoekslaboratorium aan de TU/e, en vervolgens door Dr. Han en promovendus Youri van Hees verwerkt tot magnetische laagjes gemaakt, onder de supervisie van prof. Swagten en Dr. Lavrijsen. De ontdekte interactie werd theoretisch verklaard door onderzoekers aan het Duitse Peter Grunberg-instituut, terwijl de Johannes Gutenberg-universiteit onderzoek heeft gedaan naar verschillende combinaties van veellagige materialen.