Wetenschappers van de Radboud Universiteit in Nijmegen en collega’s in Polen schieten met superkorte laserpulsen op een materiaal, waardoor daarin de richting van de magnetisatie omklapt. Het bijzondere en nieuwe: dit gebeurt zonder noemenswaardige opwarming van het materiaal. Dat maakt deze techniek wellicht een kandidaat voor het opslaan van data bij lage temperaturen.
Voor een opvolger van de traditionele harde schijf zoeken materiaalkundigen het al een tijdje bij laserlicht. Al een paar jaar geleden lieten Nijmeegse onderzoekers onder leiding van dr. Alexey Kimel zien dat een bit onder invloed van een extreem korte laserpuls omklapt: de magnetisatie van een gebiedje verandert van richting en is zo te gebruiken voor gegevensopslag (lees artikel ‘Bits schrijven met een laserpuls’) .
Het probleem hierbij is alleen dat de opwarming die erbij optreedt. Bij te hoge temperatuur, de zogeheten Curietemperatuur, gaat de magnetische ordening in het materiaal verloren; en daarmee ook de weggeschreven bits. Vandaar de zoektocht naar een materiaal waarin een laserpuls de magnetisatie kan veranderen, maar dan zonder de productie van warmte.
Onmogelijk
Dat zo’n materiaal bestond werd lange tijd voor onmogelijk geacht. Maar nu bewijst Kimel het ongelijk van de criticasters. In het tijdschrift Nature beschrijft hij samen met Poolse collega’s hoe hij in een bijzonder materiaal magnetische spins kan ompolen (‘Ultrafast nonthermal photo-magnetic recording in a transparent medium’), zonder noemenswaardige opwarming.
De crux van dit resultaat zit hem in de keuze voor het materiaal. ‘We zochten een materiaal dat weinig licht absorbeert’, aldus Kimel in een persbericht van de Radboud Universiteit. De onderzoekers begonnen hun experimenten met yttrium-ijzergranaat (Y3Fe2(FeO4)3), dat veel wordt gebruikt in magneetonderzoek; zie foto rechts. ‘Maar dat bleek ongeschikt voor dataopslag met licht – het effect van licht was te klein. Daarom hebben we de gevoeligheid vergroot door kobalt-ionen aan het kristal toe te voegen.’
Gebiedje ompolen
Met succes, want nu hadden de laserpulsen wel het gewenste effect. Een enkele laserpuls van 40 fs (femtoseconden, 10-15 s) lang op een 7,5 µm dikke film poolde de magnetisatie van een gebiedje in het materiaal om. Ook uitlezen van de bits ging goed. De energie die de laserpulsen aan het materiaal toevoeren schatten de onderzoekers op 6 J/cm3. Dit is pakweg een miljard maal minder dan bij harde schijven en flashgeheugen.
Quantumcomputer
De nieuwe techniek zal niet snel worden toegepast in computers of harde schijven, beseffen de onderzoekers, want daarvoor is yttrium-ijzergranaat een te exotisch materiaal. Anders is dat wellicht in de toekomst, wanneer de quantumcomputer er eindelijk is. Die zal, in welke vorm dan ook, gaan werken bij zeer lage temperaturen. Daarbij kan een supersnelle dataopslag, waarbij geen warmte vrijkomt, goed van pas komen.
Beeldmateriaal Radboud Universiteit
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.