27 juli 2007
Natuurkundigen hielden het tot nu toe niet voor mogelijk dat magneten omgepoold konden worden door middel van licht. Tot nu toe dacht men hiertoe altijd gebruik te moeten maken van een tweede magneet. Theo Rasing (hoogleraar Experimentele Vaste Stof Fysica) en Daniel Stanciu (beiden verbonden aan het Institute for Molecules and Materials van de Radboud Universiteit Nijmegen), bewezen, samen met hun onderzoeksgroep en enkele Japanse collega's (A. Tsukamoto en A. Itoh), het tegendeel. Zij slaagden er in om een magneet te polen met behulp van een circulair gepolariseerde lichtflits. De nieuwe methode is onmiddellijk gepatenteerd en kan tot honderdduizend keer sneller werken dan de technieken die tot vandaag de dag worden gebruikt. Dit impliceert dat uiteindelijk snellere harddrives tot de mogelijkheden behoren. In een harde schijf zitten rond de twee miljard magneetjes, die heel snel moeten kunnen worden geschakeld van noord naar zuid en terug (ompolen) om gegevens op te kunnen slaan. Dit bereikt men nu door een electromagneet te gebruiken, die binnen een paar nanoseconden kan schakelen. Dit is bijzonder snel, maar is aan de grens van wat met de bestaande technologie mogelijk is.
De onderzoekers van de Nijmegense universiteit zijn erin geslaagd om een magneet om te polen door middel van een circulair gepolariseerde lichtflits, die slechts veertig femtoseconde duurde. Eén femtoseconde is een miljoenste deel van een nanoseconde. De huidige snelheidslimiet kan dan ook met gemak worden verbeterd. Een harde schijf kan dan ook zon honderdduizend keer sneller gemaakt worden ! De methode behelst het schrijven van bits in een dunne magnetische film door middel van circulair gepolariseerd licht. De interactie van het licht met de magnetische film genereert een zeer sterk magneetveld, bepaald door de draairichting van de polarisatie. Dit wordt het 'inverse Faraday-effect' genoemd. Dit effect is twee jaar geleden aangetoond. De veranderingen in de magnetisatierichting toen waren slechts gering, hoogstens enkele graden, en absoluut niet stabiel. De huidige resultaten laten een gecontroleerde en stabiele manipulatie van licht zien bij de magnetisatierichting van een magnetische film. In de abstract van het artikel schrijven de onderzoekers: 'We experimentally demonstrate that the magnetization can be reversed in a reproducible manner by a single 40 femtosecond circularly polarized laser pulse, without any applied magnetic field. This optically induced ultrafast magnetization reversal previously believed impossible is the combined result of femtosecond laser heating of the magnetic system to just below the Curie point and circularly polarized light simultaneously acting as a magnetic field. The direction of this opto-magnetic switching is determined only by the helicity of light. This finding reveals an ultrafast and efficient pathway for writing magnetic bits at record-breaking speeds'. Theo Rasing leidde de onderzoeksgroep. In de hele natuurkundige internationale wereld wordt vol ongeloof op de vinding gereageerd. Een niet erg vreemde reactie, zo zegt Rasing, 'omdat er vorig jaar nog een boek verscheen met daarin de meest recente ontwikkelingen in nanomagnetisme, waarin het idee als volslagen onmogelijk werd afgedaan. De huidige, op de thermodynamica gebaseerde theorieën hebben dan ook geen verklaring voor deze opzienbarende resultaten. Maar we kunnen onze vondst goed onderbouwen'. De onderzoekers zijn nog lang niet klaar. De dikte van de laserstraal bijvoorbeeld moet nog fiks worden teruggebracht om de magneetjes in een harde schijf te kunnen beinvloeden. Julius Hohlfeld van Seagate Research zegt er het volgende van: 'This is one of the most exciting stories in magnetics. Lots of other researchers have tried to employ polarized laser light to write data but everyone failed because the magnetic alloys they used for the storage medium did not work. But the disk made of gadolinium, iron, and cobalt that Stanciu’s team used has succeeded. The next challenge will be to find a relatively cheap laser technology that can fire pulses lasting less than 100 femtoseconds'. Overigens niet alle commentaar is uitsluitend positief; er worden ook wat kritische noten geplaatst. Zoals Krishna Chander, senior analist bij iSuppli: 'Aside form the fact that capacity is more of an issue and not I/O, the Radboud project is good for disk writes, not reads, and on average, a disk spends one third of its time writing and two thirds of its time reading. So the project solves a minority problem. I don't know why they are trying to do this other than it may be someone's PhD project or something'. Jaloers, misschien ? Het artikel over de bevindingen van het onderzoek staat in Physical Review Letters. Het manuscript kan ook hier gevonden worden.
