'Nano-speeltuin' maakt razendsnel gegevens wegschrijven mogelijk

Natuurkundigen van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) onder leiding van prof. dr. Bert Koopmans hebben voor het eerst met een ultrakorte laserpuls magnetisch gebiedjes met elkaar laten communiceren. Naast meer begrip van het gedrag van de spin van elektronen, maakt dit op termijn veel snellere, kleinere en zuinigere magnetische geheugens mogelijk. Het onderzoek verschijnt vandaag, 29 september, op de website van het gerenommeerde tijdschrift Nature Physics.

De onderzoekers van de groep Fysica van Nanostructuren van de TU/e deden het experiment in een zelfgebouwde nano-speeltuin, een ideale omgeving om de experimenten in te doen.

Deze omgeving bestond uit twee nano-reservoirs, met daartussen een dunne laag geleidend dan wel isolerend materiaal. Door op het ene reservoir een ultrakorte laserpuls (ca. 100 femtoseconden, 10^-13 seconden) te laten vallen, bleek een aantal elektronen met behoud van spin naar het andere reservoir te reizen. Hierdoor werd het bitje geschakeld.

Het zodanig snel verplaatsen van elektronenspin (spin transfer) betekent dat het mogelijk wordt op deze extreem korte tijdschalen magnetische gebiedjes te schakelen. Op termijn kan dit magnetische geheugens ordegroottes sneller maken.

Sneller en kleiner

De Eindhovense onderzoekers brengen hiermee twee belangrijke eigenschappen voor elektronica samen: sneller en kleiner. Sneller, want een schakeltijd van 100 femtoseconden maakt theoretisch een schrijfsnelheid van terabits per seconde mogelijk.

En kleiner, want het gebruik van spin transfer maakt kleinere MRAM-geheugens (Magnetoresistive Random Access Memory) mogelijk. Deze doorbraak opent de weg naar betere experimenten in deze richting. De onderzoekers verwachten dat binnen een of twee jaar de eerste MRAM-geheugens gebaseerd op spin transfer op de markt zullen verschijnen.

MRAM is een energiezuinig type computergeheugen dat permanent is en geen opstarttijd vergt. Sinds ruim twee jaar zijn de eerste MRAM-geheugens op de markt. 

Spintronica

Het manipuleren met behulp van elektronenspins valt binnen het jonge vakgebied spintronica. Dit onderzoeksgebied is hot, getuige de Nobelprijs voor natuurkunde in 2007. Toen kregen de twee spintronica-onderzoekers Fert en Grünberg de prijs voor hun ontdekking van het Giant Magneto Resistance-effect (GMR). Ook de vooraanstaande onderzoeker Stuart Parkin van IBM -eredoctor en distinguished professor van de TU/e- is werkzaam op dit gebied.

In de spintronica volgen commerciële toepassingen snel op een fundamenteel wetenschappelijke ontdekking. Door de grote gevoeligheid van GMR-sensoren konden bijvoorbeeld de bits op harde schijven een stuk kleiner worden. Mede daardoor zijn er nu harddisks met capaciteiten die in de terabytes lopen.

Verder vindt de spintronica zijn toepassing in magnetische sensoren, die onder andere in auto's zitten.

bron: Technische Universiteit Eindhoven