Onderzoekers van TU Eindhoven en Stichting FOM hebben een nieuwe techniek ontwikkeld waarmee data in potentie duizend keer sneller kan worden opgeslagen. Daarmee hebben ze een oplossing gevonden voor het snel wegschrijven van data naar harde schijven dat nu aan zijn limiet zit. De techniek, waarbij ultrakorte laserpulsen een ‘spinstroom’ opwekken, zet bovendien de deur open naar toekomstige optische computerchips.
De onderzoekers: ‘In een harde schijf worden bits opgeslagen als kleine magnetische gebiedjes. De richting van de magnetische noord- en zuidpool van zo’n gebiedje, bekend als de magnetisatie, bepaalt of het een 0 of een 1 is. Het opslaan van data komt neer op het veranderen van de richting van de magnetisatie van de betreffende bits. Op dit moment gebeurt dit door met een schrijfkop ter plekke een magneetveld aan te leggen, zodat een bit van richting verandert.’
‘Hoe sterker het lokale magneetveld, des te sneller de switch plaatsvindt. Daar zit echter een limiet aan en die is intussen nagenoeg bereikt. De hoeveelheid bits groeit al jaren enorm, maar de schrijfsnelheid neemt amper meer toe. Er is dus behoefte aan nieuwe dataopslagtechnieken”, zegt TU/e-onderzoeker Sjors Schellekens.
Magneetstroom
De natuurkundigen, onder leiding van TU/e-hoogleraar en FOM-werkgroepleider prof. dr. Bert Koopmans, maken gebruik van een bijzondere eigenschap van elektronen, de spin – een soort intern kompasje van het elektron. Met ultrasnelle laserpulsen brengen ze in een materiaal een stroom elektronen op gang waarvan de spin van ieder elektron dezelfde richting heeft. Deze ‘spinstroom’ verandert de magnetisatie elders in het materiaal.
‘De verandering in magnetisatie is in de orde van honderden femtoseconden. Dat is een factor duizend sneller dan met de huidige technieken mogelijk is’, zegt Schellekens. Bovendien waren de onderzoekers in staat de fysische processen die een rol spelen in detail te beschrijven. ‘Onder natuurkundigen was een punt van discussie of de opgewekte spinstroom daadwerkelijk in staat is een verandering van magnetisatie te veroorzaken. Wij laten nu definitief zien dat dit inderdaad het geval is’, zegt Schellekens.
Optische computerchips
De ‘spinstroom’-methode is volgens de onderzoekers ook een stap naar toekomstige optische computerchips, waaraan TU/e momenteel werkt. In december kreeg de universiteit een Zwaartekrachtsubsidie van bijna twintig miljoen euro om fotonica te integreren in computersystemen. ‘Met onze techniek kun je optische data opslaan als magnetische bits. Dat biedt ongekende mogelijkheden als je licht als informatiedrager wilt gebruiken’, besluit Schellekens.
