Kako se magnetski valovi ponašaju u antiferomagnetima i kako se šire? Kakvu ulogu u tom procesu igraju "domenski zidovi"? I što bi to moglo značiti za budućnost pohrane podataka? Na ta je pitanja pokušao odgovoriti međunarodni tim istraživača pod vodstvom dr. Davidea Bossinija sa Sveučilišta Konstanz.

Učinkovitije tehnologije

U radu, objavljenom u časopis Physical Review Letters, oni izvještavaju o o magnetskim fenomenima u antiferomagnetima koji se mogu inducirati ultrabrzim, femtosekundnim laserskim impulsima. To bi materijalima moglo podariti nove funkcionalnosti za energetski učinkovitu i ultra brzu pohranu podataka. 

Dostupne tehnologije sve teže prate sve veću upotrebu tehnologija temeljenih na velikim količinama podataka i podatkovnim uslugama u oblaku te s njima povezanim zahtjevima za sve bržom obradom podataka. Potrebne su nam učinkovitije tehnologije ili će se cijeli sustav urušiti za desetak godina, procjenjuje dr. Bossini.

Izgradnja novih podatkovnih centara neće biti dovoljna. Buduće tehnologije morat će biti brže i energetski učinkovitije od sadašnjih. Bossini budućnost vidi u antiferomagnetima.

Struktura antiferomagneta

Magneti od željeza ili drugih feromagnetskih materijala imaju atome magnetski orijentirane u istom smjeru, poput malih igala kompasa, tako da dolazi do magnetske polarizacije (magnetiziranja) koja utječe na okolno okruženje. Nasuprot tome, antiferomagneti imaju atome s izmjeničnim magnetskim momentima koji se međusobno poništavaju. Antiferomagneti stoga nemaju neto magnetiziranje i nemaju magnetski utjecaj na okoliš.

Ta antiferomagnetna tijela, koja se obilno nalaze u prirodi, podijeljena su na domene u kojima su suprotno orijentirani magnetski momenti poravnati u različitim smjerovima. Domene su međusobno odvojene prijelaznim područjima, "domenskim zidovima". 

"Iako su ta prijelazna područja dobro poznata u antiferomagnetima, do sada se malo znalo o utjecaju domenskih zidova na magnetska svojstva antiferomagneta, osobito tijekom iznimno kratkih razdoblja", kaže dr. Bossini.

Femtosekundni magnetski fenomeni

Istraživači u svom radu opisuju što se događa kada se antiferomagneti, točnije kristali niklovog oksida, izlože ultrabrzim laserskim impulsima. Femtosekundna ljestvica je toliko kratka da se čak i svjetlost u tom vremenu jedva može pomaknuti. U kvadrilijuntnom djeliću sekunde svjetlost prođe samo 0,3 mikrometra, što je ekvivalentno promjeru male bakterije.

Istraživači su pokazali kako domenski zidovi igraju aktivnu ulogu u dinamičkim svojstvima antiferomagnetnog nikl-oksida. Pokusi su otkrili da se magnetski valovi različitih frekvencija mogu inducirati, pojačati pa čak i međusobno spojiti na različitim domenama, ali samo u prisutnosti zidova domene. 

Učinkovitija pohrana podataka

Sposobnost spajanja različitih magnetskih valova preko zidova domene naglašava potencijal aktivne kontrole širenja magnetskih valova u vremenu i prostoru, kao i prijenos energije među pojedinim valovima na femtosekundnoj ljestvici. To je preduvjet za korištenje ovih materijala za ultrabrzu pohranu i obradu podataka.

Takve tehnologije za pohranu podataka temeljene na antiferomagnetima bile bi nekoliko puta brže i energetski učinkovitije od sadašnjih. Također bi mogle pohraniti i obraditi veću količinu podataka. Budući da materijali nemaju neto magnetiziranje, bili bi i manje osjetljivi na kvarove i vanjske manipulacije. 

"Buduće tehnologije temeljene na antiferomagnetima mogle bi zadovoljiti sve zahtjeve koji se postavljaju pred sljedeću generaciju tehnologija za pohranu podataka. Uz to, imaju potencijal držati korak s rastućom potražnjom za kapacitetima za pohranu i obradu podataka", zaključuje dr. Bossini.