Forscher am CRANN (Zentrum für Forschung zu adaptiven Nanostrukturen und Nanogeräten) und der School of Physics am Trinity College Dublin gaben heute bekannt, dass einmagnetisches MaterialDie im Zentrum entwickelte Technologie demonstriert den schnellsten jemals aufgezeichneten magnetischen Schaltvorgang.
Das Team verwendete Femtosekunden-Lasersysteme im Photonics Research Laboratory bei CRANN, um die magnetische Ausrichtung ihres Materials in Billionstelsekunden umzuschalten und dann wieder umzuschalten, sechsmal schneller als der vorherige Rekord und hundertmal schneller als die Taktfrequenz eines Personalcomputers.
Diese Entdeckung demonstriert das Potenzial des Materials für eine neue Generation energieeffizienter ultraschneller Computer und Datenspeichersysteme.
Die Forscher erreichten ihre beispiellosen Schaltgeschwindigkeiten mit einer Legierung namens MRG, die die Gruppe erstmals 2014 aus Mangan, Ruthenium und Gallium synthetisierte. Im Experiment beschossen die Forscher dünne MRG-Filme mit roten Laserstrahlen und lieferten so in weniger als einer Milliardstel Sekunde Megawatt Leistung.
Durch die Wärmeübertragung wird die magnetische Ausrichtung von MRG umgeschaltet. Diese erste Änderung dauert unvorstellbar schnelle Zehntel einer Pikosekunde (1 ps = eine Billionstel Sekunde). Noch wichtiger ist jedoch, dass das Team entdeckte, dass es die Ausrichtung 10 Billionstel Sekunden später wieder umstellen konnte. Dies ist die schnellste jemals beobachtete Umschaltung der Ausrichtung eines Magneten.
Ihre Ergebnisse werden diese Woche im führenden Physikjournal Physical Review Letters veröffentlicht.
Die Entdeckung könnte neue Wege für innovative Computer- und Informationstechnologie eröffnen, angesichts der Bedeutung vonmagnetisches Materials in dieser Branche. In vielen unserer elektronischen Geräte sowie in den großen Rechenzentren im Herzen des Internets sind magnetische Materialien verborgen, die Daten lesen und speichern. Die aktuelle Informationsexplosion erzeugt mehr Daten und verbraucht mehr Energie als je zuvor. Die Suche nach neuen energieeffizienten Methoden zur Datenmanipulation und den dazu passenden Materialien ist ein weltweites Forschungsthema.
Der Schlüssel zum Erfolg der Trinity-Teams lag in ihrer Fähigkeit, das ultraschnelle Schalten ohne Magnetfeld zu erreichen. Beim herkömmlichen Schalten eines Magneten wird ein weiterer Magnet verwendet, was sowohl Energie als auch Zeit kostet. Mit MRG wurde das Schalten durch einen Wärmeimpuls erreicht, wobei die einzigartige Wechselwirkung des Materials mit Licht ausgenutzt wurde.
Die Trinity-Forscher Jean Besbas und Karsten Rode diskutieren einen Forschungsansatz:
„Magnetisches Materials verfügen über ein inhärentes Gedächtnis, das für logische Vorgänge genutzt werden kann. Bisher war der Wechsel von einem magnetischen Zustand „logisch 0“ zu einem anderen „logisch 1“ zu energieintensiv und zu langsam. Unsere Forschung befasst sich mit der Geschwindigkeit, indem sie zeigt, dass wir MRG in 0,1 Pikosekunden von einem Zustand in einen anderen schalten können und dass ein zweiter Wechsel nur 10 Pikosekunden später erfolgen kann, was einer Betriebsfrequenz von ~ 100 Gigahertz entspricht – schneller als alles, was bisher beobachtet wurde.
„Die Entdeckung unterstreicht die besondere Fähigkeit unseres MRG, Licht und Spin effektiv zu koppeln, sodass wir Magnetismus mit Licht und Licht mit Magnetismus in bisher unerreichbaren Zeitskalen steuern können.“
Professor Michael Coey von der Trinity School of Physics und CRANN kommentierte die Arbeit seines Teams wie folgt: „Als mein Team und ich 2014 erstmals bekannt gaben, dass wir eine völlig neue Legierung aus Mangan, Ruthenium und Gallium namens MRG entwickelt hatten, ahnten wir nicht, dass das Material über dieses bemerkenswerte magnetooptische Potenzial verfügt.
„Diese Demonstration wird zu neuen Gerätekonzepten auf Basis von Licht und Magnetismus führen, die von deutlich höherer Geschwindigkeit und Energieeffizienz profitieren könnten. Vielleicht wird sich letztendlich ein universelles Gerät mit kombinierter Speicher- und Logikfunktionalität realisieren lassen. Es ist eine enorme Herausforderung, aber wir haben ein Material vorgestellt, das dies möglich machen könnte. Wir hoffen, für die Fortsetzung unserer Arbeit Fördermittel und die Zusammenarbeit mit der Industrie zu sichern.“
Beitragszeit: 05. Mai 2021