Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella toimivat suomalaistutkijat ovat kehittäneet teorian, joka ennustaa sähkövirralla ohjailtavien nanomagneettien ominaisuuksia. Teoriasta on hyötyä tulevaisuuden kvanttiteknologioiden kehittelyssä. Tutkimuksesta kerrottiin fysiikan alan arvostetussa Physical Review Letters –lehdessä.
Miten nopeuttaa magneettisia muistipiirejä?
Tietokoneiden kiintolevyissä tieto tallennetaan pienten magneettien magnetisaatiotilaan nollina ja ykkösinä ikään kuin koottaisiin pieniä brio-junia. Tällöin ”nolla” vastaa etelä-pohjoissuuntaista magneettia, ja ”yksi” pohjois-eteläsuuntaista magneettia. Tiedon tallentaminen vastaa magneettien tilojen kääntämistä, ja lukeminen muistielementin magnetisaatiosuunnan selvittämistä. Tiedon tallentamis- ja lukunopeus riippuvat siitä, kuinka nopeasti toiminto saadaan tehtyä. Lukuprosessi perustuu sähkövirtaan, ja on siksi nopea. Kirjoitus sen sijaan tapahtuu edelleen hitaasti magneettikenttien kautta. Jo 20 vuotta sitten ennustettiin ilmiö, jonka avulla myös kirjoitus voitaisiin tehdä nopeammin sähkövirran avulla. Ongelma on tähän prosessiin vielä liittyvä voimakas lämpeneminen, mikä paitsi lisää tietokoneen jäähdytystarvetta, myös aikaansaa virheitä. Magnetisaation kääntö nimittäin on stokastinen ilmiö, eli siihen liittyy epävarmuutta, mikä lisääntyy lämpötilan kasvaessa.
Magnetisaatio pyörii satunnaisesti
Tutkijat onnistuivat kehittämään teorian, jonka avulla tutkitaan magnetisaation muutosten todennäköisyyttä tilanteessa, jossa siihen ajetaan sähkövirtaa. Samalla teorialla voidaan selvittää käänteisen ilmiön, eli spin-pumppauksen todennäköisyys. Spin-pumppauksessa pyörivä magnetisaatio pumppaa sähkövirtaa virtapiiriin. Kyseistä ilmiötä käytetään hyväksi radioaaltojen luomisessa, ja myös se on stokastinen eli aikaansaa virran satunnaisvaihtelua, kohinaa. Erityisesti tutkijat pystyivät selvittämään miten tämä kohina käyttäytyy magnetisaation pyörimisen kvanttirajalla, jossa pyörimistaajuus on suuri. Aiemmat työt olivat keskittyneet pieniin taajuuksiin. Siten työstä on erityisesti hyötyä tulevaisuuden magnetismiin perustuvissa kvanttiteknologioissa.
Tutkijoiden saama tulos on hyvin yleinen ja yksinkertainen, mutta sen löytäminen vaati monimutkaisten teoreettisten työkalujen käyttöä. ”Tuloksen saaminen vaati pitkää miettimistä ja erilaisten laskujen vääntämistä, mutta olen lopputulokseen oikein tyytyväinen”, kertoo laskun yksityiskohdat tehnyt ja nykyään Pisassa Italiassa työskentelevä tutkijatohtori Pauli Virtanen. Työtä ideoinut professori Tero Heikkilä jatkaa: ”Tällainen lasku vaatii paljon syvällistä intuitiota. Nyt tuloksemme on helppo yleistää myös monimutkaisempiin magneettisiin rakenteisiin.”
Lisätietoa:
Kuvateksti:
Jyväskylän yliopisto on yksi maamme suosituimmista ja tuloksellisimmista yliopistoista. Painoalamme ovat oppiminen ja opetus, luonnontieteet, kielet ja kulttuuri, liikunta ja informaatioteknologia. Olemme johtava koulutuksen asiantuntija, opettajankouluttaja, aikuiskouluttaja ja koulutusviejä. Akateemiseen yhteisöömme kuuluu 15 000 perus- ja jatko-opiskelijaa 90 maasta, 20 000 aikuisopiskelijaa ja 2 500 työntekijää. Lisätietoja: [email protected] www.jyu.fi
© Koodiviidakko Oy - Y-tunnus 1939962-1