Yhdysvaltalaisen Argonne National Laboratoryn sekä Oaklandin ja kiinalaisen Fudanin yliopistojen tutkijoiden yhteistyö on löytänyt yllättävän kvanttivaikutuksen kiintolevyasemissa käytetyssä materiaalissa. Löydetyn vaikutuksen ansiosta voidaan ohjata elektronin spinin suuntaa materiaalissa.
Löydön ansiosta tutkijat pystyivät kehittämään tehokkaamman informaation tallentamisen ja hakemisen pienemmässä tilassa. Tutkijoiden havaitsema vaikutus liittyy Gilbert-vaimennukseen, jossa ”elektronin spinin suunta ohjaa sitä, miten materiaali haihduttaa energiaa, toteaa Argonnen materiaalitutkija Olle Heinonen.
Teknisesti tutkijat havaitsivat magneettisen vaimennuksen huomattavan vaikutuksen koboltti-rautaseoksesta, joka oli päällystetty yhdeltä sivulta magnesiumoksidin substraatilla. Löytö on yllättävä, koska koboltti-rautaseosta on käytetty jo pitkään esimerkiksi magneettisissa kiintolevyissä. Tällä kertaa materiaalia ei kuitenkaan lämpökäsitelty kiderakenteen vähäisien erojen poistamiseksi.
Nyt nämä erot ja materiaalin edelleen puristaminen toivat esiin sen, miten magnetisoitumisen vaimennusvaikutus on giganttinen joissakin suunnissa ja toisissa pieni.
Arkansasin yliopiston fyysikot ovat puolestaan tutkineet vismuttiferriittiä, joka on yleisesti lyhennetty BFO:ksi. Kyse on materiaalista, joka voi tallentaa informaatiota paljon tehokkaammin kuin tällä hetkellä on mahdollista.
Nykyisin muistitekniikoissa informaatiota koodataan magneettikentillä. Prosessi vaatii paljon energiaa, josta yli 99 prosenttia menee hukkaan lämmön muodossa.
BFO on multiferroinen eli se vastaa sekä sähkö- että magneettikenttiin ja on siten mahdollisesti tehokas muistimateriaali. Mutta sen magnetosähköinen vaste on liian pieni.
Nyt tutkijat hyödynsivät Arkansasin yliopiston laskentakeskusta simuloimaan olosuhteita, jotka parantavat magnetosähköistä vastetta sellaiseksi, että sitä voitaisiin käyttää tehokkaaseen informaation tallentamiseen sähkökentän eikä magnetismin avulla.
Tutkijat dokumentoivat kasvavasta vasteesta vastaavan ilmiön, jota he kutsuivat "sähköakustiseksi magnoniksi". Nimi heijastaa sitä, että keksintö on kolmen tunnetun "kvasipartikkelin" yhdistelmä, jotka ovat samanlaisia kuin värähtelyt kiinteissä: akustiset fononit, optiset fononit ja magnonit.
Näillä löydöillä on myös muita materiaalisia sovelluksia. Uuden koboltti-rautaseoksen tehokkaampi hallinta voisi olla omiaan myös energiatehokkaammissa sähkömoottoreissa, generaattoreissa ja magneettisissa laakereissa. Vismutti-ferriitiä voitaisiin puolestaan käyttää myös antureissa, muuntimissa ja muissa elektroniikan sovelluksissa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 9.5.2019
