Het Apparaat – Magnetische krachtmicroscoop (MFM)

Bij deze editie van Het Apparaat in UT-Nieuws is het onderwerp opnieuw een instrument van het instituut MESA+ van de Universiteit Twente. Deze magnetische krachtmicroscoop is een puzzelstukje in een revolutie die harde schijven hoogstwaarschijnlijk over tien tot twintig jaar zullen doormaken.

Magnetische krachtmicroscoop

Als het aan Martin Siekman van MESA+ ligt gaat de harde schijf in onze computers binnen tien tot twintig jaar revolutionair veranderen. De gegevens passen dan op een veel kleiner oppervlak en  het lees- en schrijfproces verandert radicaal. De magnetische krachtmicroscoop (MFM voor magnetic force microscope) van de vakgroep Transducers Science and Technology van EWI-hoogleraar Miko Elwenspoek speelt een belangrijke rol bij deze innovaties.

In de huidige generatie harddiscs wordt hooguit een handvol koppen gebruikt om gegevens te lezen en te schrijven. Door de steeds toenemende datacapaciteit van de discs vormt de snelheid waarmee deze koppen over het schijfoppervlak moeten bewegen een steeds grotere bottleneck. Martin Siekman voorspelt dat deze dataoverdracht in de toekomst plaatsvindt via duizenden hele kleine naaldjes die het oppervlak van de schijf aftasten. IBM heeft met de millipede (duizendpoot) al een werkend prototype van zo’n apparaat gemaakt. Met de MFM doet Siekman samen met twee promovendi onderzoek naar het gedrag van zo’n naaldje en werkt hij aan een methodiek om data op deze nieuwe manier te lezen en te schrijven.

Bij magnetische media bepaalt de polariteit van kleine magneetjes op het oppervlak of er een nulletje of een eentje staat. De MFM leest zo’n medium door het af te tasten met een magnetisch naaldje op een veerarm. De punt van het naaldje heeft een radius van slechts 10 nanometer. Een laser meet hoe ver het veerarmpje uitslaat. Zo worden veranderingen in magnetisatie op zeer kleine afstanden (van 20 nanometer) zichtbaar. De microscoop (foto boven) zit in een vacuüm buis die tussen de polen is geschoven van een grote elektromagneet met een vermogen van 12 kilowatt (foto onder). Binnen dit magneetveld van 1,8 tesla kan de microscoop roteren. Dit stelt het naaldje in staat om de polariteit van de magnetische deeltjes op het medium heel lokaal om te klappen. Hiermee kan de MFM dus ook data schrijven.

MFM tussen de polen van een krachtige elektromagneet

De MFM werd zo’n tien jaar geleden ontwikkeld en gebouwd door Steffen Porthun, Leon Abelmann en Martin Siekman. Het zelfbouwapparaat is uniek vanwege de mogelijkheid om de microscoop te roteren in een magneetveld met een zeer hoge veldsterkte. Het vacuüm zorgt ervoor dat temperatuurverschillen en geluidstrillingen geen kans krijgen om de bewegingen van het veerarmpje met het naaldje te verstoren. De buis met daarin de microscoop wordt omhuld door een perspex scherm. Dit om te voorkomen dat de scherven door het hele lab vliegen, mocht de vacuüm buis imploderen.

Comments are closed.