Wzbogacone elektronami antyferromagnetyki nadzieją na lepsze nośniki danych

| Technologia
Comin Photon Scattering Lab

Fizycy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) odkryli sposób na szybsze przełączanie stanu antyferromagnetyków. Opracowana przez nich technologia zakłada wzbogacenie materiału antyferromagnetycznego o dodatkowe elektrony. Takie materiały posłużą do budowy szybciej działających nośników danych o większej gęstości i lepszej stabilności.

Dyski twarde przechowują dane wykorzystując impulsy magnetyczne do zmiany spinu elektronów w materiałach ferromagnetycznych. Te różne stany spinów reprezentują 0 i 1. Impulsy magnetyczne potrzebne do przeprowadzenia takiej zmiany wymagają jednak stosunkowo silnego prądu, przez co całość jest energochłonna. Ponadto całkowita zmiana spinu to proces dość powolny, trwający dziesiątki nanosekund.

Antyferromagnetyki to obiecujące materiały dla przyszłych nośników danych o dużej gęstości. Stany ich spinów można zmieniać znacznie szybciej. Jest to możliwe dzięki silnymi interakcjami pomiędzy spinami, gdyż w antyferromagnetykach mają tendencję do ustawiania się przeciwrównolegle. W ferromagnetykach zaś są równoległe.

Ponadto antyferromagnetyki nie wykazują magnetyzacji w skali mniejszej niż 10 nm, co czyni je odpornymi na zakłócenia ze strony zewnętrznych pól magnetycznych. To oznacza, że dane zapisane w antyferromagnetyku nie mogą zostać usunięte za pomocą pola magnetycznego. Kolejną zaletą antyferromagnetyków jest fakt, że można z nich robić mniejsze tranzystory niż z krzemu i innych konwencjonalnych materiałów.

Riccardo Comin i jego koledzy z MIT postanowili sprawdzić, czy będą w stanie manipulować antyferromagnetycznymi właściwościami 100-nanometrowych warstw tlenku samarowo-niklowego (SmNi03) i tlenku neodymowo-niklowego (NdNiO3), wprowadzając do tych materiałów dodatkowe elektrony. W tym celu pozbawili badane materiały części atomów tlenu. Po każdym z usuniętych atomów pozostały dwa elektrony, które rozłożyły się pomiędzy pozostałymi atomami tlenu i atomami niklu.

Naukowcy monitorowali cały proces za pomocą techniki krystalografii rentgenowskiej, by sprawdzić, czy struktura magnetyczna materiału się zmieniła. Okazało się, że porządek antyferromagnetyczny w badanych materiałach ulega gwałtownemu załamaniu przy wzbogaceniu ich 0,21 elektronami na atom niklu. Dochodzi do gwałtownej zmiany, podobnej do przełączania tranzystora pomiędzy stanami 0 a 1. Zmianę tę można odwrócić dodając atomy tlenu.

Comin mówi, że antyferromagnetyczne bity można przełączać za pomocą bramek z napięciem elektrycznym. Teraz wraz z zespołem będzie pracował nad uzyskaniem lepszej kontroli nad całym procesem i zoptymalizowaniem go.

Autor:

Źródło: PhysicsWorld

antyferromagnetyk przełączanie nośnik danych dysk twardy