26 september 2008

Een promovendus van de Radboud-universiteit heeft een manier gevonden om magnetische domeinen met behulp van licht van polarisatie te doen veranderen. Met de ontwikkeling zouden zeer snelle opslagmethodes in het verschiet liggen. Daniel Stanciu van het Institute for Molecules and Materials promoveert op 3 oktober op dat onderzoek. Stanciu werkte onder leiding van hoogleraar Theo Rasing bij de Spectroscopy of Solids and Interfaces-vakgroep van de Radboud-universiteit in Nijmegen aan het ompolen van magneten met behulp van korte, intense lichtflitsen. Volgens bestaande opvattingen is dat onmogelijk, maar door zeer intense, korte flitsen te gebruiken, lukte het ompolen wel. De onderzoekers maakten gebruik van een titaan-saffierlaser die pulsen van slechts 40 femtoseconden uitzond. Die pulsen werden met een filter circulair gepolariseerd en op een laagje van gadolinium-ijzer-kobalt (GdFeCo) gericht. Dit magnetisch materiaal werd in een dunne film gebruikt en de polarisatie van de domeinen, ofwel kleine magnetische gebieden, werd met behulp van een polarisatiemicroscoop bekeken. Stanciu slaagde erin de magnetische velden van de magneetdomeinen met het gepolariseerde laserlicht te richten. Afhankelijk van de polarisatierichting kon hij de noordpool naar boven of naar beneden richten. Na een langzame test, waarbij de laser 30 micrometer per seconde aflegde, probeerde Stanciu een snelle schrijfbewerking. Ditmaal liet hij de laser met een snelheid van 5cm/s over het GdFeCo-materiaal bewegen. Aangezien het laserlicht nog steeds pulseerde, resulteerde dit in een stippenpatroon dat met het schrijven van afzonderlijke bits vergeleken kan worden.

Daarmee toonde Stanciu aan dat slechts één puls voldoende was om een bit te schrijven. De schrijfsnelheid van één bit per 40 femtoseconden is duizenden malen sneller dan harde schijven halen, maar een toepassing van het onderzoek zal nog geruime tijd op zich laten wachten. Allereerst kan de gebruikte laser slechts duizend pulsen per seconde afgeven, en het gebied dat de laserpuls bestrijkt, een cirkel van ongever 20 micrometer doorsnede, is nog veel te groot. De onderzoekers, onder leiding van Rasing, werken nog aan een methode om de enen en nullen weg te schrijven door de polarisatierichting van de laserpulsen om te draaien. Rasing zal voor zijn rol in het onderzoek op 19 november de Spinozapremie ontvangen. Met de premie wil Rasing een verklaring vinden voor het feit dat de thermodynamica niet kan verklaren hoe magneetpolen met laserlicht omgekeerd kunnen worden. Er is nog een probleem. Want om gegevens heel snel weg te schrijven, moet er wel voldoende opslagcapaciteit zijn om dat ook werkelijk te kunnen doen. De doorsnede van de laserspot bedraagt nu ongeveer 5 micrometer (een micrometer is een duizendste millimeter) en dat resulteert in veel grovere bits dan in de bestaande harddisk systemen. Een 500 gigabyte harddisk zou met de Nijmeegse techniek wel heel snel volgeschreven worden, maar hij zou ook ontzettend groot moeten zijn. Rasings team is al bezig om daar een mouw aan te passen. Het idee is om het ultrasnelle schakelen toe te passen op magneetjes met afmetingen van enkele tientallen nanometers. Dat is 10 tot 100 maal kleiner dan de golflengte van het gebruikte licht en dat is optisch gezien lastig te realiseren. Maar Rasing denkt deze uitdaging tot een goed einde te kunnen brengen. Als het lukt, dan ligt de ultrasnelle en bovendien ultrakleine harddisk écht binnen handbereik. Als dan vervolgens ook de leessnelheid kan worden verhoogd, dan is het mogelijk om de gigantische opslag ook effectief in te zetten, buiten archiveringsoplossingen die gigantische hoeveelheden gegevens moeten wegschrijven.