Nieuwe methode maakt magnetische dataopslag zonder hitte mogelijk

Een nieuwe opslagmethode maakt het mogelijk grote hoeveelheden data op te slaan met behulp van licht, zonder dat hierbij hitte vrijkomt. Dit maakt het mogelijk de hoeveelheid data die in datacenters wordt opgeslagen fors te verhogen, zonder dat hiervoor extra koelcapaciteit nodig is.

De methode is ontwikkeld door onderzoekers van de Universiteit van Bialystok in Polen en de Radboud Universiteit. Magnetische opslag is betrouwbaar, goedkoop en snel. Wel wordt bij de opslagmethode veel hitte gegenereerd, die zal moeten worden afgevoerd om te voorkomen dat servers in datacenters oververhit raken. De nieuwe opslagmethode - Heat Assisted Magnetic Recording (HAMR) - biedt geen uitkomst, aangezien hierbij juist extra warmte wordt gegenereerd.

Magnetisatie beïnvloeden

Onderzoekers van de Radboud Universiteit zoeken al ruim tien jaar naar manieren om licht te gebruiken om magnetisatie te beïnvloeden. Dit is professor Theo Rasing samen met collega’s in 2007 voor het eerst gelukt. Hierbij gebruikte zij aanvankelijk warmte van een laserpuls voor het omzetten van de magnetisatierichting. Hierbij liep de temperatuur echter dusdanig hoog op dat deze dicht bij de zogenaamde Curie-temperatuur komt. Boven deze temperatuur verdwijnt de magnetische ordening van een materiaal en daarmee ook de opgeslagen data.

Daarom is gezocht naar een materiaal waarin licht de magnetisatie kan veranderen, zonder dat hierbij hitte wordt geproduceerd. Dit idee leek aanvankelijk nauwelijks te financieren, aangezien het plan te exotisch leek. Dit is nu echter toch gelukt. Nature heeft onlangs een artikel gepubliceerd over deze methode.

Yttrium-ijzergranaat met kobalt-ionen

“We zochten een materiaal dat weinig licht absorbeert. We zijn begonnen met experimenten in granaat: yttrium-ijzergranaat wordt al veel gebruikt in magneetonderzoek. Maar het bleek ongeschikt voor dataopslag met licht – het effect van licht was te klein. Daarom hebben we de gevoeligheid vergroot door kobalt-ionen aan het kristal toe te voegen”, aldus Alexey Kimel, natuurkundige aan de Radboud Universiteit.

“Kobaltionen hebben een sterke spin-orbit-interactie. Dat is de koppeling van het magnetisch moment aan de rondgaande beweging van de elektronen. Licht kan deze rondgaande beweging verstoren en daarmee de magnetisatie beïnvloeden. Het effect is zo sterk dat de onderzoekers met een enkele laserpuls van 40 femtoseconden (1 femtoseconde is gelijk aan 10-15 seconde of een miljoenste van een biljardste van een seconde) de magnetische spins konden ompolen: de onderzoekers konden gecontroleerd nullen en enen schrijven op de granaatfilm en die ook weer uitlezen in minder dan twintig picoseconde (1 picoseconde is gelijk aan 10-12 seconde of een miljoenste van een miljoenste seconde). Hierbij kwam praktisch geen warmte vrij. De onderzoekers legden het proces vast met hun ultrasnelle camera”, schrijft de Radboud Universiteit in een toelichting op de methode.

Interessant voor grote datacenters

Kimel verwacht overigens niet dat zijn vinding op korte termijn zal worden geïmplementeerd in gewone computers. De overstap naar metallische opslagmaterialen naar granaatfilm zou hiervoor te groot zijn. Wel is de ontdekking interessant voor grootschalige datacenters zoals die van Google en Facebook. Daarnaast ziet Kimel toepassingen voor de de opslag bij de lage temperaturen waarop supergeleiding-elektronica en quantumcomputers waarschijnlijk zullen werken.