Hogyan viselkednek és hogyan terjednek a mágneses hullámok az antiferromágnesekben? Milyen szerepet játszanak a "tartományfalak" a folyamatban? És mit jelenthet mindez az adattárolás jövője szempontjából? Ezekkel a kérdésekkel foglalkozik a Physical Review Letters című folyóiratban nemrégiben megjelent tanulmány, amelyet egy nemzetközi kutatócsoport készített Dr. Davide Bossini konstanzi fizikus vezetésével. A kutatócsoport az antiferromágnesek mágneses jelenségeiről számol be, amelyeket ultragyors (femtoszekundumos) lézerimpulzusokkal lehet előidézni, és amelyek potenciálisan új funkciókkal ruházhatják fel az anyagokat az energiahatékony és ultragyors adattárolási alkalmazások számára.
A big data technológiák és a felhőalapú adatszolgáltatások vadul növekvő használata azt jelenti, hogy az adattárolás iránti globális igény folyamatosan növekszik az egyre gyorsabb adatfeldolgozás iránti igénnyel együtt. Ugyanakkor a jelenleg rendelkezésre álló technológiák nem lesznek képesek örökké lépést tartani. "A becslések szerint a növekvő igényt csak korlátozott ideig, körülbelül 10 évig lehet kielégíteni, ha addig nem sikerül új, hatékonyabb adattárolási és adatfeldolgozási technológiákat kifejleszteni" - idézte Bossinit a ScienceDaily.
Az adatválság megelőzéséhez nem lesz elég, ha egyszerűen csak egyre több és több, jelenlegi hatékonyságú adatközpontot építenek. A jövő technológiáinak gyorsabbnak és energiatakarékosabbnak kell lenniük, mint a hagyományos, mágneses merevlemezeken alapuló tömeges adattárolásnak. Az anyagok egyik osztálya, az antiferromágnesek ígéretes jelöltek az információs technológia következő generációjának kifejlesztésére.
Mindannyian ismerjük a vasból vagy más ferromágneses anyagokból készült háztartási mágneseket. Ezekben az anyagokban az atomok mágnesesen mind ugyanabba az irányba orientáltak - mint az iránytű mutatói -, így mágneses polarizáció (mágnesezettség) alakul ki, amely hatással van a környezetre. Az antiferromágnesek ezzel szemben olyan atomjaik vannak, amelyeknek váltakozó mágneses momentumai kioltják egymást. Az antiferromágneseknek tehát nincs nettó mágnesezettségük, és ezért nincs mágneses hatásuk a környezetre.
Belsejükben azonban ezek a természetben bőségesen megtalálható antiferromágneses testek sok kisebb területre, úgynevezett tartományokra oszlanak, ahol az ellentétes irányú mágneses momentumok különböző irányokba igazodnak. A tartományokat egymástól átmeneti területek, úgynevezett 'tartományfalak' választják el. "Bár ezek az átmeneti területek jól ismertek az antiferromágnesekben, eddig keveset tudtunk arról, hogy a doménfalak milyen hatással vannak az antiferromágnesek mágneses tulajdonságaira, különösen rendkívül rövid időintervallumokban" - mondja Bossini.
A mostani tanulmányban a kutatók leírják, mi történik, amikor az antiferromágneseket (pontosabban: nikkel-oxid kristályokat) ultragyors (femtoszekundumos) lézerimpulzusoknak teszik ki. A femtoszekundumos skála olyan rövid, hogy még a fény is csak nagyon kis távolságot képes megtenni ez idő alatt. A másodperc egy kvadrilliomod része (egy femtoszekundum) alatt a fény mindössze 0,3 mikrométert tesz meg, ami egy kis baktérium átmérőjének felel meg.
A nemzetközi kutatócsoport kimutatta, hogy a doménfalak aktív szerepet játszanak az antiferromágneses nikkel-oxid dinamikus tulajdonságaiban. A kísérletek során kiderült, hogy különböző frekvenciájú mágneses hullámok indukálhatók, felerősíthetők, sőt egymással is összekapcsolhatók a különböző tartományokon keresztül, de csak tartományfalak jelenlétében. "Megfigyeléseink azt mutatják, hogy az antiferromágnesekben mindenütt jelenlévő doménfalak potenciálisan felhasználhatók arra, hogy ezeket az anyagokat új funkciókkal ruházzák fel ultragyors léptékben" - állítja Bossini.
A különböző mágneses hullámok doménfalakon keresztüli párosításának képessége rávilágít a mágneses hullámok térbeli és időbeli terjedésének, valamint az egyes hullámok közötti energiaátvitel femtoszekundumos skálán történő aktív szabályozásának lehetőségére. Ez az előfeltétele annak, hogy ezeket az anyagokat az adatok ultragyors tárolására és feldolgozására lehessen használni.
Az ilyen antiferromágnes-alapú adattárolási technológiák több nagyságrenddel gyorsabbak és energiatakarékosabbak lennének a jelenleginél. Emellett nagyobb mennyiségű adat tárolására és feldolgozására is képesek lennének. Mivel az anyagoknak nincs nettó mágnesezettségük, kevésbé lennének érzékenyek a meghibásodásokra és a külső manipulációra. "Az antiferromágneseken alapuló jövőbeli technológiák így az adattárolási technológia következő generációjával szemben támasztott valamennyi követelménynek megfelelnének. Lehetőségük van arra is, hogy lépést tartsanak az adattárolási és feldolgozási kapacitás iránti növekvő igényekkel" - foglalta össze az új technológia lehetőségeit Bossini.
