Informasi disimpan berdasarkan arah magnetisasi yang bergantung pada kedalaman di dinding domain, yang terletak di antara domain silinder dan sekelilingnya. Magnetisasi dinding domain ini dapat mengarah searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam di blok-blok individual, yang dipisahkan secara vertikal oleh lapisan rutenium. Dengan memvariasikan arah ini secara sistematis, para peneliti dapat mengodekan urutan bit yang berbeda dalam domain silinder, seperti yang ditunjukkan di sini dengan beberapa interpretasi artistik. Kredit: HZDR/Bernd Schröder
Para peneliti menyimpan urutan bit dalam domain magnetik silinder, menggunakan 3D metamaterialInovasi ini dapat mengubah penyimpanan data dan magnetoelektronik.
Untuk pertama kalinya, para peneliti telah menunjukkan bahwa tidak hanya bit individual, tetapi seluruh rangkaian bit dapat disimpan dalam domain silinder: area silinder kecil yang berukuran hanya sekitar 100 nanometer. Seperti yang dilaporkan tim dalam jurnal Bahan Elektronik Canggihtemuan ini dapat membuka jalan bagi jenis penyimpanan data dan sensor baru, termasuk bahkan varian magnetik jaringan saraf.
Penyimpanan Magnetik yang Terobosan
“Sebuah domain silinder, yang oleh kami para fisikawan juga disebut domain gelembung, adalah area silinder kecil dalam lapisan magnetik tipis. Putarannya, momentum sudut intrinsik elektron yang menghasilkan momen magnetik dalam material, menunjuk ke arah tertentu. Ini menciptakan magnetisasi yang berbeda dari lingkungan lainnya. Bayangkan gelembung magnetik kecil berbentuk silinder yang mengapung di lautan magnetisasi yang berlawanan,” kata Prof. Olav Hellwig dari Pusat Helmholtz Dresden-RossendorfInstitut Fisika Berkas Ion dan Penelitian Material, yang menjelaskan subjek penelitiannya. Ia dan timnya yakin bahwa struktur magnetik tersebut memiliki potensi besar untuk aplikasi spintronik.
Dinding Domain dan Kepadatan Data
Dinding domain terbentuk di tepi domain silinder ini, area pinggiran tempat arah magnetisasi berubah. Dalam teknologi penyimpanan magnetik, yang coba dicapai oleh tim Hellwig, akan sangat penting untuk mengendalikan struktur spin di dinding domain secara tepat, karena arahnya searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam dapat digunakan secara langsung untuk mengodekan bit.
Para peneliti juga berfokus pada aspek lain: “Hard disk kami saat ini, dengan lebar lintasan 30 hingga 40 nanometer dan panjang bit 15 hingga 20 nanometer, menampung sekitar satu terabita pada permukaan seukuran perangko. Kami berupaya mengatasi keterbatasan kepadatan data ini dengan memperluas penyimpanan ke dimensi ketiga,” jelas Hellwig.
Solusinya: Metamaterial dalam 3D
Struktur berlapis-lapis magnetik merupakan cara yang menarik untuk mengendalikan struktur spin internal dinding domain karena energi magnetik yang terlibat dapat disesuaikan dengan menggabungkan berbagai bahan dan ketebalan lapisan. Tim Hellwig menggunakan blok-blok lapisan kobalt dan platinum yang berselang-seling, dipisahkan oleh lapisan rutenium, dan menyimpannya pada wafer silikon.
Metamaterial yang dihasilkan adalah antiferromagnet sintetis. Fitur khususnya adalah struktur magnetisasi vertikal di mana blok lapisan yang berdekatan memiliki arah magnetisasi yang berlawanan, sehingga menghasilkan magnetisasi netral secara keseluruhan.
Memori Lintasan Balap dan Struktur Multilapis
“Di sinilah konsep memori ‘lintasan pacu’ muncul. Sistem ini seperti lintasan pacu, di mana bit-bit disusun seperti untaian mutiara. Hal yang cerdik tentang sistem kami adalah kami dapat secara khusus mengendalikan ketebalan lapisan dan dengan demikian, sifat magnetiknya. Hal ini memungkinkan kami untuk mengadaptasi perilaku magnetik antiferromagnet sintetis untuk memungkinkan penyimpanan tidak hanya bit individual, tetapi seluruh rangkaian bit, dalam bentuk arah magnetisasi dinding domain yang bergantung pada kedalaman,” jelas Hellwig.
Hal ini membuka prospek pengangkutan domain silinder multi-bit sepanjang jalan raya data magnetik dengan cara yang terkendali, cepat, dan hemat energi.
Aplikasi Masa Depan dalam Magnetoelektronika
Ada pula potensi untuk aplikasi lain dalam magnetoelektronik. Misalnya, magnetoelektronik dapat digunakan dalam sensor magnetoresistif atau dalam komponen spintronik. Selain itu, objek nano magnetik yang kompleks tersebut memiliki potensi besar untuk implementasi magnetik dalam jaringan saraf yang dapat memproses data dengan cara yang sama seperti otak manusia.
Referensi: “Multilayer Metamaterials with Ferromagnetic Domains Separated by Antiferromagnetic Domain Walls” oleh Ruslan Salikhov, Fabian Samad, Sebastian Schneider, Darius Pohl, Bernd Rellinghaus, Benny Böhm, Rico Ehrler, Jürgen Lindner, Nikolai S. Kiselev dan Olav Hellwig, 13 Mei 2024, Bahan Elektronik Canggih.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1002/aelm.202400251