Merevolusi Penyimpanan Data: Nanostruktur Magnetik Generasi Mendatang dengan Mantel Ketidaklihatan
- Peneliti merancang nanostruktur magnetik dengan mantel ketidaklihatan.
- Kecepatan tinggi dari struktur bit magnetik kecil dapat dicapai dengan mengatur dengan hati-hati kekuatan mantel tak terlihat.
Untuk aplikasi penyimpanan data solid-state dan logika berkinerja tinggi, peneliti berfokus pada perangkat berbasis spin. Salah satu pendekatan yang menjanjikan adalah mengkodekan bit dengan skyrmion kecil atau dinding domain, yang dapat digeser oleh arus dalam perangkat berbasis race track.
Untuk ahli fisika, magnetisme terutama terkait dengan gerakan rotasi elektron dalam atom. Elektron berorbit di sekitar inti dan berputar di sekitar sumbunya sendiri. Gerakan ini menghasilkan momen magnetik dari atom.
Lapangan magnet strey yang sesuai dengan momen magnetik ini digunakan untuk mengekstrak/membaca data yang disimpan secara magnetis dari suatu perangkat. Dalam hard drive yang ada, ukuran satu bit magnetik mencapai hingga 15*45 nanometer, sekitar 1 triliun dari itu dapat ditempatkan pada sekelimen cap.
Untuk menyimpan bit secara magnetis pada lokasi tetap dalam chip dan mengekstraknya nanti, perlu untuk mentransfer bit magnetik maju mundur dalam chip melalui pulsa arus. Masalahnya adalah lapangan magnet strey mencegah bit dibuat lebih kecil untuk pemadatan data yang lebih padat. Juga, momen magnetik yang terkait dengan lapangan strey harus mampu memindahkan struktur di sekitarnya.
Mantel Ketidaklihatan Atom
Dalam studi ini, peneliti berhasil menempatkan ‘mantel ketidaklihatan’ pada nanostruktur magnetik dan menganalisis seberapa cepat dan kecil bit tersebut sebenarnya dapat menjadi. Untuk melakukan ini, mereka menggabungkan atom dari berbagai elemen yang memiliki elektron berputar ke arah yang berlawanan dan sehingga memiliki momen magnetik yang berlawanan.
Ini membatalkan (atau dalam beberapa kasus mengurangi) lapangan magnet strey, namun setiap atom dalam nanostruktur masih membawa momen magnetik: bersama-bawa atom ini tampak tertutup.
Referensi: Nature Nanotechnology | doi:10.1038/s41565-018-0255-3 | Max Born Institute
Meskipun tertutup, peneliti berhasil membuat citra struktur kecil melalui holografi X-ray. Dengan secara selektif membuat momen magnetik dari hanya satu spesies atom terlihat, mereka merekam citra struktur meskipun terdapat mantel ketidaklihatan.
Urutan Ferromagnet (FM) dan AntiFerromagnet (AFM) antara momen atom tetangga | Kredit para peneliti
Aplikasi Penyimpanan Data
Dengan mengonfigurasi dengan hati-hati kekuatan mantel ketidaklihatan, mungkin untuk mencapai dua tujuan secara bersamaan.
Ukuran struktur magnetik lingkaran sangat kecil: jari-jari struktur terkecil ditemukan hanya 5 nanometer. Di masa depan, jika struktur ini dapat diadopsi dalam perangkat penyimpanan data, kapasitasnya akan meningkat secara signifikan.
Penyelidikan lebih lanjut mengungkapkan bahwa bit yang tertutup dapat berjalan sangat cepat dengan pulsa arus singkat – salah satu parameter penting untuk penggunaan aktual dalam perangkat memori. Peneliti menyebutkan bahwa ia mencapai kecepatan lebih dari 1 km/s.
Baik orbit elektron di sekitar inti maupun spin elektron di sekitar sumbunya sendiri berkontribusi secara berbeda terhadap momen magnetik: efek spin elektron sendiri dua kali lebih besar dari efek orbit elektron.
Seseorang dapat menggabungkan berbagai jenis atom dengan arah rotasi elektron yang berbeda untuk membatalkan rotasi keseluruhan. Momen sudut yang disebutkan dari sistem akan konstan, sementara sistem masih tetap mempertahankan sejumlah kecil momen magnetik.
Baca: Penyimpanan Data dengan Kepadatan Tertinggi Nanomagnet yang Mungkin
Karena momen sudut memperlambat struktur magnetik yang bergerak melalui pulsa arus, teknik ini dapat digunakan untuk mencapai gerakan berkecepatan tinggi. Oleh karena itu, jika kekuatan mantel ketidaklihatan dikonfigurasi dengan benar, baik struktur bit magnetik berkecepatan tinggi maupun ukuran kecil dapat diperoleh – aspek menarik dari konsep penyimpanan data magnetik baru.
