Tulevaisuuden antiferromagneetteihin perustuva tietokoneteknologia etenee. Eristävät antiferromagneetit, kuten rautaoksidi ja nikkelioksidi, koostuvat mikroskooppisista magneeteista, joiden suuntaukset ovat päinvastaisia. Tutkijat näkevät ne lupaavina materiaaleina korvaamaan nykyiset piikomponentit tietokoneissa.
Johannes Gutenbergin yliopiston Mainzin (JGU) fyysikot ovat yhdessä Japanin Sendain Tohoku-yliopiston, sekä berliiniläisten ja englantilaisten synkrotronitutkijoiden kanssa osoittaneet, kuinka bittejä voidaan kirjoittaa ja lukea sähköisesti eristävissä antiferromagneettisissa materiaaleissa.
Vertaamalla synkrotronilla havaittuja muutoksia magneettisessa rakenteessa JGU:ssa tehtyihin sähköisiin mittauksiin oli mahdollista tunnistaa kirjoitusmekanismit. Tämä löytö avaa mahdollisuuksia kehittää esimerkiksi erittäin nopeaa logiikkaa vaikkapa luottokortteihin, joita ulkoiset magneettikentät eivät voi pyyhkiä pois.
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.
Louis Néel kuvasi 1970-luvun Nobel-palkintopuheessaan antiferromagneettiset materiaalit mielenkiintoisiksi, mutta hyödyttömiksi. Uskottiin, että näitä materiaaleja voidaan manipuloida vain erittäin voimakkaiden magneettikenttien avulla, jotka edellyttävät esimerkiksi suprajohtavien magneettien käyttöä.
Tilanne on muuttunut dramaattisesti viime vuosina. 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 tavanomaisen piipohjaiseen elektroniikan rajat. Siksi seuraava tavoite on spinin vapausasteen hyödyntäminen, sanoo tutkimuspaperin kirjoittaja Lorenzo Baldrati.
- Tutkimuksemme osoittaa, että antiferromagneettisia eristemateriaaleja voidaan kirjoittaa tehokkaasti ja lukea sähköisesti, mikä on avainaskel sovellusten kannalta, hän jatkaa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 6.11.2019
