Tulevaisuuden antiferromagneetteihin perustuva tietokoneteknologia etenee. Tutkijoiden ovat osoittaneet, kuinka bittejä voidaan kirjoittaa ja lukea sähköisesti eristävissä antiferromagneettisissa materiaaleissa. He näkevät ne lupaavina materiaaleina korvaamaan nykyiset piipohjaiset komponentit tietokoneissa.
Antiferromagneettiset materiaalit mahdollistavat muistielementeille paljon nopeammat ja suuremmat tallennuskapasiteetit kuin mitä nykyään on saatavissa tavanomaisella elektroniikalla. Näitä materiaaleja on kuitenkin erittäin vaikea hallita ja havaita, mikä tekee vastaavien piirirakenteiden kirjoittamisen ja lukemisen haastaviksi.
Johannes Gutenbergin yliopiston Mainzin (JGU) fyysikot ovat osoittaneet yhdessä Japanin Sendain Tohoku-yliopiston, synkrotronilähde BESSY-II Helmholtz-Zentrum Berliinissä (HZB) sekä Diamond Light Source, Ison-Britannian kansallisen synkrotronin tutkijoiden kanssa, kuinka bittejä voidaan kirjoittaa ja lukea sähköisesti eristävissä antiferromagneettisissa materiaaleissa.
Korreloimalla synkrotronipohjaisella kuvantamisella havaittu magneettisen rakenteen muutoksia JGU:ssa suoritettuihin sähköisiin mittauksiin oli mahdollista tunnistaa kirjoitusmekanismit. Tämä löytö avaa tien sovelluksiin, jotka ulottuvat erittäin nopeasta logiikasta luottokortteihin, joita ulkoiset magneettikentät eivät voi poistaa, johtuen antiferromagneettien ylivoimaisista ominaisuuksista ferromagneetteihin verrattuna.
Ranskalainen fyysikko Louis Eugène Félix Néel palkittiin vuonna 1970 fysiikan Nobelilla löydöistään antiferromagnetismiin ja ferrimagnetismiin liittyen. Vielä palkintopuheessaan hän piti antiferromagneettisia materiaaleja mielenkiintoisina, mutta hyödyttöminä.
Silloin uskottiin, että näitä materiaaleja voidaan manipuloida vain erittäin voimakkaiden magneettikenttien avulla, jotka edellyttävät esimerkiksi suprajohtavien magneettien käyttöä. Tilanne on muuttunut dramaattisesti viime vuosina.
Uusimpien raporttien mukaan on mahdollista kontrolloida antiferromagneettisia materiaaleja, mukaan lukien jopa eristeitä, tehokkaasti sähkövirroilla. Tälläkin kertaa oli kyseessä kansainvälinen yhteistyö, jossa tutkitaan spintroniikan ja antiferromagneettien etuja perinteiseen elektroniikkaan nähden.
”Tiedämme, että saavutamme pian tavanomaiseen piipohjaiseen elektroniikkaan liittyvät rajoitukset jatkuvan teknologisen parantamisen takia ja siksi tavoitteeksi otetaan spinin vapausasteen hyödyntäminen. Tutkimuksemme osoittaa, että antiferromagneettisia eristemateriaaleja voidaan kirjoittaa tehokkaasti ja lukea sähköisesti, mikä on avainaskel sovellusten kannalta,” toteavat tutkijat.
Lisää: Nanobitteja (LINKKI), Johannes Gutenbergin yliopiston Mainzin tiedoteuutinen (LINKKI) ja tutkijoiden artikkeli tiedejulkaisu Physical Review Lettersissä (LINKKI) sekä Wikipedia-tieto Nobelin voittaneesta fyysikko Louis Eugène Félix Néelistä (LINKKI).
Kuvituskuva: Shutterstock