‘Buigende stroom’ maakt weg vrij voor nieuw type magnetisch geheugen

Je computer direct kunnen gebruiken zonder opstarten: het wordt mogelijk met een nieuw type magnetisch geheugen. Dit zogeheten MRAM is sneller, efficiënter en robuuster dan andere vormen van dataopslag. Het schakelen van bits vraagt echter nog teveel stroom om grootschalige toepassing mogelijk te maken. Natuurkundigen van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) vonden een slimme manier om dit probleem op te lossen met behulp van ‘buigende stroom’. Ze publiceren hun vondst vandaag in het blad Nature Communications.

MRAM (Magnetic Random Access Memory) slaat data op door slim gebruik te maken van de ‘spin’ van elektronen, een soort intern kompas van de deeltjes. Omdat geen elektrische lading wordt gebruikt maar magnetisme, is er sprake van een permanent geheugen, ook als de stroom uitvalt, en is opstarten van de computer verleden tijd. Ook gebruiken deze magnetische geheugens veel minder stroom, waardoor bijvoorbeeld mobiele telefoons langer meekunnen op een accu. 

Omklappen
In een MRAM worden bits voorgesteld door de richting van de spin van de elektronen in een stukje  magnetisch materiaal: bijvoorbeeld omhoog voor een ‘1’ en omlaag voor een ‘0’. Het opslaan van data gebeurt door de spin van de elektronen de juiste kant om te klappen. De gangbare praktijk is om door de bit een elektrische stroom te sturen die elektronen bevat met de gewenste spinrichting. De grote hoeveelheid stroom die hiervoor nodig is bemoeilijkt een definitieve doorbraak van MRAM, dat sinds 2006 mondjesmaat op de markt verschijnt.

Buigende stroom
Natuurkundigen van de TU/e, onder leiding van prof. Henk Swagten, publiceert vandaag in Nature Communications een revolutionaire techniek om de magnetische bits sneller en zuiniger te kunnen schakelen. Zij sturen een stroompuls ónder de bit door, waarbij elektronen met de juiste spin omhoog, dus door de bit heen, worden afgebogen. “Dit is te vergelijken met een voetbal, die met een boog kan worden geschoten dankzij het juiste effect”, aldus Arno van den Brink, TU/e-promovendus en eerste auteur van het artikel.

Ingevroren
Het nieuwe geheugen is erg snel, maar heeft nog iets extra’s nodig om het schakelen betrouwbaar  te maken. Eerdere pogingen daartoe vereisten een magnetisch veld, maar dat maakte de methode duur en inefficiënt. De onderzoekers hebben dit opgelost door bovenop de bits een speciaal anti-ferromagnetisch materiaal aan te brengen. Hierin kan het benodigde magnetische veld als het ware worden ingevroren, energiezuinig en tegen minimale kosten. “Dit zou wel eens het beslissende zetje in de goede richting kunnen zijn voor supersnel MRAM in de nabije toekomst ”, zegt Van den Brink. 

Publicatie in Nature Communications:
Field-free magnetization reversal by spin-Hall effect and exchange bias