Το νανοϋλικό μπορεί να είναι το μέλλον των σκληρών δίσκων
ΝΤΕΝΒΕΡ— Οι περισσότεροι μαγνήτες αποφεύγουν τις μικροσκοπικές αλλαγές θερμοκρασίας. Αλλά τώρα οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει ένα νέο νανοϋλικό που αλλάζει δραματικά το πόσο εύκολα αναστρέφει τον μαγνητικό του προσανατολισμό όταν θερμαίνεται ή ψύχεται ελάχιστα. Το αποτέλεσμα, που δεν έχει ξαναδειχθεί σε κανένα υλικό, θα μπορούσε τελικά να οδηγήσει σε νέους τύπους μνήμης υπολογιστή.
Τα υλικά μαγνητίζονται όταν οι εσωτερικοί τους μαγνητικοί κόκκοι, που συνήθως δείχνουν προς διαφορετικές κατευθύνσεις, ευθυγραμμίζονται σε ένα αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Το πόσο αντιστέκονται οι κόκκοι ενός υλικού στην ευθυγράμμιση είναι γνωστό ως καταναγκαστικότητά του. Ένας οικείος μαγνήτης ράβδου, για παράδειγμα, έχει υψηλή καταναγκασμό, με τους τυπικά σταθερούς πόλους βορρά-νότου. Άλλες ουσίες, όπως ο σίδηρος και το νικέλιο, έχουν χαμηλή καταναγκαστική ικανότητα, που σημαίνει ότι μπορούν να αλλάξουν τον προσανατολισμό τους πιο εύκολα.
Ο καταναγκασμός δεν αφορά μόνο τη σύνθεση ενός μαγνήτη:εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία του. Συνήθως, η καταναγκαστική ικανότητα ενός μαγνήτη αλλάζει σταδιακά καθώς η θερμοκρασία του αυξάνεται ή πέφτει. Αλλά το νέο νανοϋλικό δείχνει ότι αυτό δεν είναι πάντα αλήθεια. Για την κατασκευή του υλικού, μια ομάδα με επικεφαλής τον φυσικό Ivan Schuller στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο, εναπόθεσε ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα νικελίου 10 νανομέτρων σε μια γκοφρέτα πάχους 100 νανομέτρων μιας ουσίας που ονομάζεται οξείδιο του βαναδίου. Στη συνέχεια, οι επιστήμονες ψύξαν το μείγμα και ανέβασαν ένα μαγνητικό πεδίο έως ότου οι κόκκοι του νικελίου άρχισαν να ανατρέπονται. Αυτή η διαδικασία επέτρεψε στους επιστήμονες να μετρήσουν την καταναγκαστική ικανότητα του υλικού σε θερμοκρασίες μέχρι αρνητικούς 153°C.
Μετά τις περισσότερες αλλαγές θερμοκρασίας, η καταναγκαστική ικανότητα του υλικού κουνήθηκε ελαφρώς. Αλλά μεταξύ των αρνητικών 88°C και των αρνητικών 108°C, η καταναγκαστική του ικανότητα αυξήθηκε πέντε φορές, καθιστώντας το πολύ πιο ανθεκτικό στην αλλαγή του μαγνητικού προσανατολισμού του. Η καταναγκαστικότητά του στη συνέχεια έπεσε κατακόρυφα στο μισό της μέγιστης τιμής του, καθώς οι επιστήμονες μείωσαν περαιτέρω τη θερμοκρασία στους αρνητικούς 123°C, που σημαίνει ότι οι κόκκοι του υλικού έγιναν και πάλι πιο εύκολο να αναποδογυριστούν. Η δραματική άνοδος του καταναγκασμού - πολύ μεγαλύτερη από αυτή που παρατηρείται σε οποιοδήποτε άλλο υλικό σε παρόμοιο εύρος θερμοκρασιών - ενθουσίασε τους ερευνητές, οι οποίοι το ανέφεραν στη συνάντηση της Αμερικανικής Εταιρείας Φυσικής αυτής της εβδομάδας στο Ντένβερ. Το έργο εμφανίζεται επίσης στο Εφαρμοσμένα γράμματα φυσικής . Αυτό μας αρέσει να κάνουμε εμείς οι φυσικοί - κοιτάξτε πράγματα που είναι τεράστια εφέ, που είναι φανταστικά αποτελέσματα», λέει ο Schuller.
Παρόλο που το νικέλιο έχει τους αναδιπλούμενους μαγνητικούς κόκκους, ο Schuller πιστεύει ότι μια αλλαγή στην εσωτερική δομή του οξειδίου του βαναδίου είναι αυτή που προκαλεί την ακίδα καταναγκασμού του συνδυασμένου υλικού. Τα άτομα του οξειδίου του βαναδίου λαμβάνουν μια διάταξη πάνω από τους αρνητικούς 88°C και μια άλλη κάτω από τους αρνητικούς 123°C. Μεταξύ των δύο θερμοκρασιών, ωστόσο, το υλικό περιέχει μπλοκ και με τις δύο διατάξεις. Αυτή η μικτή δομή καθιστά πιο δύσκολο για τους υπερκείμενους κόκκους νικελίου να αναστρέψουν μαζικά, λέει ο Schuller.
Ενώ οι πιθανές εφαρμογές είναι ακόμα μακριά, ο Schuller πιστεύει ότι το εύρημα της ομάδας του θα μπορούσε κάποια μέρα να οδηγήσει σε ένα νέο είδος μνήμης υπολογιστή ελεγχόμενης θερμοκρασίας. Οι υπολογιστές κωδικοποιούν πληροφορίες σε μικροσκοπικά μαγνητικά στοιχεία και για να είναι σταθερά αυτά τα στοιχεία δεν πρέπει να ευθυγραμμίζονται ξανά εύκολα. Αλλά οι μαγνήτες πρέπει επίσης να μπορούν να αναστρέφονται γρήγορα υπό ορισμένες συνθήκες, έτσι ώστε η μνήμη να μπορεί να ξαναγραφεί. Ο Schuller οραματίζεται ότι ένας σκληρός δίσκος με βάση τα ευρήματά του θα διατηρούσε τα στοιχεία μνήμης του σε θερμοκρασία υψηλής καταναγκασμού τις περισσότερες φορές και θα τα θερμαίνει ελαφρά για επανεγγραφή. Αυτό θα ήταν μια τεράστια βελτίωση σε σχέση με τις τρέχουσες συσκευές μαγνητικής καταγραφής με θερμότητα, των οποίων τα στοιχεία πρέπει να θερμαίνονται εκατοντάδες βαθμούς με λέιζερ.
«Έμεινα λίγο έκπληκτος» από τη μεγάλη αιχμή καταναγκασμού που βρήκε η ομάδα, λέει ο Dan Dahlberg, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα, Twin Cities. «Δεν είναι αυτό που θα περίμενες». Αλλά ο Dahlberg δεν είναι αρκετά ενθουσιασμένος με το υλικό ώστε να αρχίσει να το μελετά ο ίδιος. Σημειώνει ότι οποιαδήποτε βιώσιμη τεχνολογία μνήμης υποβοηθούμενης από τη θερμότητα θα πρέπει να λειτουργεί κοντά σε θερμοκρασία δωματίου, όχι σε ψυχρή θερμοκρασία όπου η καταναγκασμός του υλικού του Schuller αυξάνεται. (Ο Schuller λέει ότι η ομάδα του έχει δημιουργήσει ένα υλικό με ακίδα καταναγκασμού πιο κοντά στη θερμοκρασία δωματίου και σχεδιάζει να δημοσιεύσει αυτό το αποτέλεσμα.)
Ωστόσο, λέει ο Dahlberg, μπορεί να είναι δύσκολο να προβλεφθεί εάν μια νέα ανακάλυψη θα οδηγήσει σε εφαρμογές στο δρόμο. "Το να πεις κάτι δεν θα καταλήξει ποτέ στην τεχνολογία… είναι πολύ επικίνδυνο πράγμα."
