Het hoofdbestanddeel van roest is een goedkoop en veelbelovend materiaal om snellere ICT-toepassingen mogelijk te maken terwijl daarbij minder warmte vrijkomt. Dit blijkt uit een combinatie van experimenteel en theoretisch onderzoek van natuurkundigen van de Johannes Gutenberg Universität Mainz in Duitsland, de Norwegian University of Science and Technology (NTNU) en Rembert Duine en Scott Bender van de Universiteit Utrecht. Hun resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature van 13 september.
Snelheid van computers
Bits en bytes worden nu verwerkt en verstuurd door elektronische componenten, zoals transistors verbonden door bedrading op een chip. Hierbij produceren ze vrij veel warmte waardoor ook de snelheid waarmee ze informatie kunnen versturen begrensd is. Deze eigenschappen belemmeren ontwikkelingen in de ICT, waarvoor zulke componenten kleiner, sneller en vooral niet warmer moeten worden. De Nature-publicatie laat nu zien dat een groep magnetische materialen, de anti-ferromagneten, een goedkoop en veelbelovend alternatief zijn voor sneller informatietransport met minder warmteproductie. Bijkomend voordeel hiervan is dat kostbare energie kan worden bespaard.
Magnetische golf
Ferromagnetische materialen, zoals ijzer, bestaan uit kleine magneetjes, domeinen, die allemaal hetzelfde georiënteerd zijn en daardoor op dezelfde manier reageren op een magnetisch veld. Anti-ferromagnetische materialen, zoals roest (ijzeroxide), bestaan uit microscopisch kleine magneetjes die in tegengestelde richtingen georiënteerd zijn. Beide oriëntaties wisselen elkaar af in een geordend patroon, waardoor de magnetische velden elkaar opheffen. Wel is het mogelijk om in deze materialen een magnetische golf te creëren, die een magnon of spingolf wordt genoemd. In anti-ferromagnetische materialen zijn het deze magnons die de bits en bytes aan informatie kunnen transporteren.
Sneller en kleiner
ICT gebaseerd op anti-ferromagnetische onderdelen, kan mogelijk duizenden keren sneller zijn dan de huidige technologieën. Bovendien is de warmteproductie door magnons in principe veel lager. Daardoor zouden hiermee nog veel kleinere componenten met tegelijkertijd een hogere informatiedichtheid gemaakt kunnen worden.
Grote afstanden
In hun experimenten stuurden de onderzoekers een elektrische stroom door platinadraden op het isolerende ijzeroxide. Dit leidt tot energieoverdracht van het platina naar het ijzeroxide, waardoor magnons ontstaan. Uit de experimenten blijkt het mogelijk via het ijzeroxide informatie te versturen over de grote afstanden die nodig zijn voor ICT-toepassingen.
Tien tot vijftien jaar
“Deze uitkomsten laten zien dat anti-ferromagnetische in principe materialen geschikt zijn om de huidige componenten te vervangen. Snelle devices gebaseerd op deze technologie liggen nu binnen bereik”, aldus Dr. Romain Lebrun van de Johannes Gutenberg Universität.” Volgens Rembert Duine van de Universiteit Utrecht en de TU Eindhoven, kan deze techniek in tien tot vijftien jaar toegepast worden.
Bron: Universiteit Utrecht
