Výzkumníci z CRANN (Centrum pro výzkum adaptivních nanostruktur a nanozařízení) a z Fyzikální fakulty Trinity College v Dublinu dnes oznámili, že...magnetický materiálvyvinutý v Centru demonstruje nejrychlejší magnetické přepínání, jaké kdy bylo zaznamenáno.
Tým použil femtosekundové laserové systémy ve Photonics Research Laboratory v CRANN k přepínání a následnému přepínání magnetické orientace svého materiálu v biliontinách sekundy, což je šestkrát rychleji než předchozí rekord a stokrát rychleji než taktovací frekvence osobního počítače.
Tento objev demonstruje potenciál materiálu pro novou generaci energeticky úsporných ultrarychlých počítačů a systémů pro ukládání dat.
Výzkumníci dosáhli svých bezprecedentních rychlostí přepínání ve slitině s názvem MRG, kterou skupina poprvé syntetizovala v roce 2014 z manganu, ruthenia a galia. V experimentu tým zasáhl tenké vrstvy MRG záblesky červeného laserového světla, které dodaly megawatty energie za méně než miliardtinu sekundy.
Přenos tepla mění magnetickou orientaci MRG. Dosažení této první změny trvá nepředstavitelně rychlou desetinu pikosekundy (1 ps = jedna biliontina sekundy). Ale co je důležitější, tým zjistil, že dokáží orientaci změnit zpět o 10 biliontin sekundy později. Jedná se o nejrychlejší pozorovanou změnu orientace magnetu.
Jejich výsledky byly tento týden publikovány v předním fyzikálním časopise Physical Review Letters.
Objev by mohl otevřít nové cesty pro inovativní výpočetní a informační technologie, vzhledem k důležitosti...magnetický materiálv tomto odvětví. Magnetické materiály, skryté v mnoha našich elektronických zařízeních, stejně jako ve velkých datových centrech v srdci internetu, čtou a ukládají data. Současná informační exploze generuje více dat a spotřebovává více energie než kdykoli předtím. Hledání nových energeticky účinných způsobů manipulace s daty a odpovídajících materiálů je celosvětovým výzkumným zájmem.
Klíčem k úspěchu týmů z Trinity byla jejich schopnost dosáhnout ultrarychlého přepínání bez magnetického pole. Tradiční přepínání magnetu využívá další magnet, což je s sebou nese náklady jak z hlediska energie, tak času. U MRG bylo přepínání dosaženo tepelným pulzem, který využíval jedinečnou interakci materiálu se světlem.
Výzkumníci z Trinity Jean Besbas a Karsten Rode diskutují o jednom směru výzkumu:
„Magnetický materiálMají inherentně paměť, kterou lze využít pro logiku. Doposud bylo přepínání z jednoho magnetického stavu „logická 0“ do jiného „logická 1“ příliš energeticky náročné a příliš pomalé. Náš výzkum se zabývá rychlostí tím, že ukazuje, že MRG dokážeme přepnout z jednoho stavu do druhého za 0,1 pikosekundy a zásadní je, že druhé přepnutí může následovat pouze o 10 pikosekund později, což odpovídá provozní frekvenci ~ 100 gigahertzů – rychleji než cokoli, co bylo dosud pozorováno.
„Tento objev zdůrazňuje zvláštní schopnost našeho MRG efektivně propojit světlo a spin, takže můžeme ovládat magnetismus světlem a světlo magnetismem v dosud nedosažitelných časových rámcích.“
Profesor Michael Coey z Trinity's School of Physics a CRANN v komentáři k práci svého týmu uvedl: „V roce 2014, když jsme s mým týmem poprvé oznámili, že jsme vytvořili zcela novou slitinu manganu, ruthenia a galia, známou jako MRG, nikdy jsme netušili, že tento materiál má tak pozoruhodný magnetooptický potenciál.“
„Tato demonstrace povede k novým konceptům zařízení založených na světle a magnetismu, které by mohly těžit z výrazně zvýšené rychlosti a energetické účinnosti, a možná nakonec k realizaci jediného univerzálního zařízení s kombinovanou pamětí a logickými funkcemi. Je to obrovská výzva, ale ukázali jsme materiál, který by to mohl umožnit. Doufáme, že zajistíme financování a spolupráci s průmyslem, abychom mohli pokračovat v naší práci.“
Čas zveřejnění: 5. května 2021