Snellere computers met behulp van een vortex

De magnetische vortex is een typisch voorbeeld van een huis-, tuin- en keukenexperiment. Er zijn dan ook grote hoeveelheden YouTube-fil​mpjes te vinden die dat bevestigen. Het fenomeen wekt de schijn dat er gratis energie opgewekt wordt, wat iets is waar gekkies op YouTube natuurlijk met de grootste graagte mee weglopen. Om dit effect te bereiken neem je een cirkel van magneten en zorg je dat de noord- of zuidpolen naar binnen wijzen. Het resultaat is een draaikolkvormig magnetisch veld, en dat levert een aantal coole ​effecten op.

Tollende magneten zijn op zich leuk, maar deze vortices bieden ook werkelijke mogelijkheden. In het meest recente nummer van Nature Communications wordt een superefficiënte  manier van dataopslag beschreven, waarbij magnetische vortices op nano-schaal kunnen worden gebruikt om informatie te encoderen in de spinoriëntatie. De spinoriëntatie van een deeltje creëert een magnetische vortex op de zelfde manier als bij grote magneten. Zo'n vortex kan dan elektronisch uitgelezen worden door de frequentie van de microgolven te meten.

Dit effect vindt plaats op nano-niveau, op ijzeren schijven of cylinders met 150 nanometer doorsnede (ongeveer duizend keer dunner dan een haar). Deze setup is erg gevoelig voor manipulatie, en dat maakt het heel bruikbaar. Tot dusver zijn onderzoekers er echter nog niet in geslaagd om eventuele opgeslagen informatie uit te lezen vanwege de extreem kleine schaal waarop er geopereerd moet worden.

De ontdekking hier is dat informatie kan worden afgeleid van nano-cylinders aan de hand van de variabele frequentie van microgolven die ontstaan als het systeem aan een energiebron wordt gekoppeld.

"Het principe is vergelijkbaar met het bespelen van een blokfluit: de positie van de vingers op de gaatjes corresponderen met een bepaalde noot, een vibratiefrequentie," zei Alina Deac, een van de natuurkundigen achter het nieuwe onderzoek van the Helmholtz Young Investigator Group for Spintronics.

Elke nano-cylinder heeft de mogelijkheid om twee bits op te slaan: één in de polen van de vortex (noord of zuid), en de tweede in de richting waarop de vortex draait. Dus naar boven of naar beneden, of van links naar rechts.

Gezien het feit dat een nano-cylinder uit twee vortices bestaat, kunnen we nu 4 bits opslaan in één geheugen-cel. De staat van de bit wordt vrijgegeven door patronen in de microgolven, er zijn dus 16 verschillende staten waarin 4 bits kunnen verkeren (2^4). "Elke staat correspondeert met een bepaalde combinatie in de vortices, op deze manier kan de juiste sequentie uitgelezen worden," legt de paper uit.

Nu komen we ergens:

Geheugen is een van de minst onderzochte problemen in de toekomst van de computer. Hoe kunnen we meer informatie sneller op één plek opslaan? Er is geen simpele oplossing voor dit probleem, want hoewel computers steeds sneller worden moeten ze ook data sneller kunnen verwerken om daar iets aan te hebben. "Spintronics" zou de oplossing kunnen zijn.

"Deze technologie biedt een betrouwbare manier om op elektronische wijze de staat van een apparaat te lezen. De ontwikkeling geeft vrij baan voor het ontwerpen van een multi-level geheugencel," schrijven Deac en haar coauteurs. "Op dit moment is de problematiek bij het uitlezen van het op vortex-gebaseerde geheugen de grootste reden dat de ontwikkeling er nog niet is."