Forskerne har oppdaget at man kan kontrollere retningen på spinnet i visse antiferromagnetisk materialer ved hjelp av strøm. Dette kan brukes til å lagre data. I tillegg kan det gjøres lynraskt. (Bilde: Forschungszentrum Jülich)
Mange aktører jobber hardt for å erstatte alle typer minne i datamaskiner med teknologi som både er ikke-flyktig og mye raskere. På bildet vises helt ordinære minnemoduler. (Bilde: Colourbox)

Antiferromagnetisme

«Ubrukelig» egenskap kan gi tusen ganger raskere dataminne

Forskere har oppnådd gjennombrudd med spesiell type magnetisme.

Forskere fra Tyskland, Storbritannia, Tsjekkia og Polen greid å utnytte en til nå temmelig ubenyttet, fysisk egenskap til å lagre data. Denne kalles for antiferromagnetisme, som i motsetning til vanlig ferromagnetisme ikke påvirkes av eksterne magnetfelt.

Dette skal ifølge forskerne kunne åpne for mindre, raskere og mer robuste enheter med forbedret energieffektivitet.

Harddisker er et eksempel på lagringsenheter som benytter ferromagnetisme for å lagre data. Et annet eksempel er magnetstripene på blant annet bankkort. I begge tilfeller kan dataene som lagres, bli skadd eller slettet helt dersom de bevisst eller ved et uhell utsettes for et tilstrekkelig kraftig magnetfelt.

Spinnkontroll

Årsaken til at antiferromagnetisme ikke har hatt noen særlig praktisk nytte til nå, er at man ikke har hatt noen metode for å kontrollere det magnetiske momentet til antiferromagneter. Men nå kan dette problemet ha blitt løst, ved å bruke elektriske pulser.

– Dette arbeidet demonstrerer den første kontrollen av antiferromagneter med elektrisk strøm. Det utnytter et helt nytt, fysisk fenomen, og ved å gjøre dette, demonstreres den første minneenheten som er fullstendig basert på antiferromagnetisme, sier forskeren Peter Wadley ved University of Nottingham, i en pressemelding.

– Dette kan ha stor betydning siden antiferromagneter har et spennende sett med egenskaper, inkludert en teoretisk svitsjehastighet som er omtrent tusen ganger høyere enn de beste av dagens minneteknologier.

En annen viktig egenskap i så måte, er at antiferromagneter ikke produserer magnetfelter. Det betyr at de individuelle elementene ikke påvirker hverandre og dermed kan pakkes tetter sammen. Det åpner for høyere lagringstetthet. Det at de heller ikke lar seg påvirke av eksterne magnetfelt eller stråling, kan gjøre dem ekstra godt egnet for bruk i blant annet fly og satellitter.

Nå kreves det en god del mer arbeid før man har kommet så langt, men forskerne mener at dersom alt dette potensialet kan realiseres, så vil det kunne gjøre antiferromagnetisk minnet til en god kandidat til det de kaller for universalminne og dermed erstatte alle andre typer minne i datamaskiner.

Sjakkbrett

Ifølge Forschungszentrum Jülich i Tyskland er det slik i antiferromagnet at det magnetiske momentet på atomnivå, som også kalles for spinn, er fordelt i et sjakkbrettlignende mønster hvor halvparten peker i én retning, mens den andre halvparten peker i motsatt retning.

Men ved testing av materialet kobbermanganarsenid, CuMnAs, som har en spesiell krystallstruktur dyrket fram i tilnærmet vakuum, har forskerne demonstrert at visse typer antiferromagneter kan kontrolleres ved å sende magnetiske pulser gjennom materialet.

– Den elektriske strømmen produserer et kvantemekanisk dreiemoment på individuelle spinn og gjør at de kan vippes 90 grader, forteller Frank Freimuth, en forsker ved Forschungszentrum Jülich, i en pressemelding. Denne illustrasjonen, som er utgitt av fysikkinstituttet ved det Tsjekkiske vitenskapsakademiet, demonstrer godt hvordan det hele fungerer.

Retning

Det som er avgjørende, er at den elektriske strømmen må flyte parallelt med den opprinnelige retningen til spinnet. For å snu spinnet tilbake igjen, er det nødvendig med en strøm som går vinkelrett sammenlignet med den første strømpulsen.

For å kunne lese av de ulike tilstandene til magneten – og dermed dataene som er lagret – har forskerne utnyttet det faktum at elektrisk motstand i materialet avhenger av spinnretningen.

En vitenskapelig artikkel om forskningen ble i forrige uke publisert i journalen Science

Målet for forskerne nå er å utforske den nye effekten, samt å produsere prototyper av USB-baserte minneenheter som kan demonstrere teknologien.

De europeiske forskerne er langt fra alene i sitt søk etter en bedre minne- og lagringsteknologi. Dette er noe som har pågått i flere tiår, med en hel rekke forslåtte teknologier. Men så langt er det ingen av dem som har blitt kommersielt tilgjengelige.

Til toppen