ENGINEERINGNET - Prof.dr. Theo Rasing, FOM-werkgroepleider aan de Nederlandse Radboud Universiteit Nijmegen bedacht het nieuwe synthetische materiaal.
Als je een bestand opslaat op je laptop of pc, maakt de computer een code van enen en nullen. In werkelijkheid zijn dat kleine magneetpooltjes (spins) die in twee richtingen kunnen wijzen: de toestand 'één' of 'nul'. Het omzetten van deze spins met een magneetveld gaat relatief langzaam en kost veel energie.
Een alternatief is om ze te schakelen met licht, wat Radboud-onderzoekers zes jaar geleden voor het eerst lukte. Sindsdien zijn ze een zoektocht begonnen naar materialen die daar geschikt voor zijn.
Theo Rasing: ‘Het optisch schakelen lukte alleen in speciale magneten, zogenoemde ferrimagneten. Maar die magneten bevatten dure zeldzame aardmetalen, die ook moeilijk op nanoschaal te produceren zijn. Nu hebben we voor het eerst aangetoond dat je synthetische ferrimagneten ook optisch kunt schakelen.'
In tegenstelling tot de gewone ferrimagneten, zijn voor de synthetische ferrimagneten geen zeldzame aardmetalen nodig. Dat betekent dat ze minder duur zijn en beter voor het milieu, en dus geschikter voor de toepassing in computers.
Het bijzondere van ferrimagneten is dat de spins niet allemaal even groot zijn. ‘Ze lijken op anti-ferromagneten, waarbij de spins in paren met een tegengestelde richting voorkomen. Maar doordat de magneetpooltjes niet allemaal even groot zijn, hebben ferrimagneten wel een netto magnetisch moment,' aldus Rasing.
Door dunne laagjes ijzer via een tussenlaag antiferromagnetisch met elkaar te koppelen kan dit nagebootst worden. ‘Het ijzer is ferromagnetisch, alle spins zijn gelijk en staan dezelfde kant op. Een netto magnetisch moment kun je dan creëren door bijvoorbeeld twee laagjes met ongelijke dikte en tegengestelde magnetisatierichting te combineren. Het schakelen van de spins werkt ook heel vergelijkbaar, in hetzelfde tweestapsproces dat we eerder voor de normale ferrimagneten hadden gevonden.'
Toen Rasing het concept voor zo'n synthetische magneet had bedacht, zocht hij gelijk contact met een groep in York die het ompolingsproces kan modelleren.
Rasing: ‘In hun model bleek het inderdaad te werken! We hebben het daarom ook gezamenlijk gepatenteerd. Het is nu gelijk een hot topic, er zijn al groepen in San Diego, Frankrijk en Duitsland bezig om de synthetische ferrimagneten ook daadwerkelijk te maken en te testen.
‘Internationale samenwerking op dit gebied is dus essentieel. Ik verwacht dat de combinatie van theorie, modellen en experimenten in de verschillende groepen nog veel meer vruchten gaat afwerpen in de komende jaren.'
(bron en illustratie: Radboud Universiteit Nijmegen)
Op de illustratie:
Links: In een ferrimagneet staan even veel spins omhoog als omlaag, maar de grootte van de spins is verschillend. Het resultaat is een netto magnetisatie. Rechts: De synthetische ferrimagneet bestaat uit twee heel dunne laagjes ijzer, met een verbindingslaag ertussen. In de ijzerlaagjes staan alle spins dezelfde kant op en ze zijn ook even groot. Door laagjes met verschillende magnetisatierichtingen en verschillende diktes te combineren, ontstaat er netto toch een magnetisatie.
