Forskere ved CRANN (Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices) og School of Physics ved Trinity College Dublin annoncerede i dag, at enmagnetisk materialeudviklet på centret demonstrerer den hurtigste magnetiske omskiftning nogensinde registreret.
Holdet brugte femtosekundlasersystemer i Photonics Research Laboratory på CRANN til at skifte og derefter skifte den magnetiske orientering af deres materiale på billiontedele af et sekund, seks gange hurtigere end den tidligere rekord og hundrede gange hurtigere end urets hastighed på en personlig computer.
Denne opdagelse demonstrerer materialets potentiale for en ny generation af energieffektive ultrahurtige computere og datalagringssystemer.
Forskerne opnåede deres hidtil usete koblingshastigheder i en legering kaldet MRG, som først blev syntetiseret af gruppen i 2014 fra mangan, ruthenium og gallium. I eksperimentet ramte holdet tynde film af MRG med udbrud af rødt laserlys, der leverede megawatt strøm på mindre end en milliardtedel af et sekund.
Varmeoverførslen ændrer den magnetiske orientering af MRG. Det tager en ufatteligt hurtig tiendedel af et picosekund at opnå denne første ændring (1 ps = en billiontedel af et sekund). Men endnu vigtigere opdagede holdet, at de kunne ændre orienteringen tilbage igen 10 billiontedele af et sekund senere. Dette er den hurtigste ændring af en magnets orientering nogensinde observeret.
Deres resultater offentliggøres denne uge i det førende fysiktidsskrift, Physical Review Letters.
Opdagelsen kan åbne nye veje for innovativ databehandling og informationsteknologi, givet vigtigheden afmagnetisk materialei denne branche. Gemt i mange af vores elektroniske enheder, såvel som i de store datacentre i hjertet af internettet, læser og lagrer magnetiske materialer data. Den nuværende informationseksplosion genererer flere data og forbruger mere energi end nogensinde før. At finde nye energieffektive måder at manipulere data på, og materialer dertil, er en verdensomspændende forskningsoptagethed.
Nøglen til Trinity-holdets succes var deres evne til at opnå ultrahurtig kobling uden noget magnetfelt. Traditionel kobling af en magnet bruger en anden magnet, hvilket er omkostningsfuldt både med hensyn til energi og tid. Med MRG blev koblingen opnået med en varmepuls, der udnyttede materialets unikke interaktion med lys.
Trinity-forskerne Jean Besbas og Karsten Rode diskuterer én af forskningsområderne:
"Magnetisk materiales har i sagens natur hukommelse, der kan bruges til logik. Indtil videre har det været for energikrævende og for langsomt at skifte fra én magnetisk tilstand 'logisk 0' til en anden 'logisk 1'. Vores forskning fokuserer på hastighed ved at vise, at vi kan skifte MRG fra én tilstand til en anden på 0,1 picosekunder, og afgørende, at et andet skift kun kan følge 10 picosekunder senere, hvilket svarer til en driftsfrekvens på ~ 100 gigahertz - hurtigere end noget, der er observeret før.
"Opdagelsen fremhæver vores MRG's særlige evne til effektivt at koble lys og spin, så vi kan kontrollere magnetisme med lys og lys med magnetisme på hidtil uopnåelige tidsskalaer."
I en kommentar til sit holds arbejde udtalte professor Michael Coey fra Trinitys School of Physics og CRANN: "I 2014, da mit team og jeg første gang annoncerede, at vi havde skabt en helt ny legering af mangan, ruthenium og gallium, kendt som MRG, havde vi aldrig mistanke om, at materialet havde dette bemærkelsesværdige magneto-optiske potentiale."
"Denne demonstration vil føre til nye enhedkoncepter baseret på lys og magnetisme, der kan drage fordel af stærkt øget hastighed og energieffektivitet, måske i sidste ende realisere en enkelt universel enhed med kombineret hukommelses- og logikfunktionalitet. Det er en enorm udfordring, men vi har vist et materiale, der kan gøre det muligt. Vi håber at sikre finansiering og samarbejde fra industrien for at fortsætte vores arbejde."
Udsendelsestidspunkt: 5. maj 2021