Forskare vid Institutionen för fysik, University of Jyväskylä, Finland, har skapat en teori som förutsäger egenskaperna hos nanomagneter som manipuleras med elektriska strömmar. Denna teori är användbar för framtida kvantteknologi. Forskningen publicerades i Fysiska granskningsbrev .

Hur gör man snabbare magnetiska minnen?

I datorns hårddiskar lagras informationen i magnetiska tillstånd för små nanomagneter som nollor och enor. "Noll" är således kodad som den syd-nordliga magnetiseringen, och "en" som "nord-syd" magnetisering. Att skriva information kräver således att magnetiseringen vrids, medan att läsa det betyder att ta reda på magnetiseringstillståndet. Hårddiskarnas hastighet beror alltså på hur snabbt dessa processer kan realiseras. Läsprocessen är baserad på elektriska strömmar och kan därför göras snabb. Å andra sidan, skrivning måste vanligtvis göras via magnetfält, vilket är mycket långsammare. I över 20 år har fysiker känt en process, vridmoment för centrifugering, med vilken också skrivning kunde förverkligas med hjälp av elektrisk ström. Problemet som hindrar dess användning i kommersiella produkter är uppvärmningen som denna process orsakar. På grund av denna uppvärmning, processen är mer benägen för fel. Att byta magnetiseringstillstånd är en stokastisk process, vilket innebär att det slutliga resultatet inte är säkert. Problemet blir svårare när temperaturen ökar.

Slumpmässig magnetisering

Forskarna lyckades utveckla en teori för att utvärdera sannolikheten för förändringarna i magnetiseringen i situationer där den manipuleras av elektrisk ström. Samma teori ger sannolikheten för den ömsesidiga processen, centrifugering, där magnetiseringens rörelse pumpar ström in i kretsen. Denna senare process används för radiofrekvensgenerering, och det är också stokastiskt, vilket innebär att den pumpade strömmen har slumpmässiga fluktuationer, ljud. Särskilt, forskarna lyckades ta reda på hur detta buller beter sig i kvantgränsen för magnetiseringsprecession, där precessionsfrekvensen är stor. Tidigare arbete hade koncentrerats till låga frekvenser. Därför, detta arbete kommer att vara särskilt användbart för magnetismbaserade kvanttekniker.

Resultatet är mycket generellt och enkelt, men att hitta det krävde användning av komplicerade teoriverktyg. "Att hitta resultatet krävde mycket tänkande och härledningar, men jag är mycket nöjd med resultatet ", berättar postdoktoralforskaren Pauli Virtanen, nu i Scuola Normale Superiore, Pisa, som tog hand om den detaljerade beräkningen. Professor Tero Heikkilä, som gav idén om arbetet, fortsätter:"Denna typ av beräkning kräver mycket djup intuition. Nu kan vårt resultat generaliseras till mer komplexa magnetiska strukturer."