Forscher des CRANN (Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices) und der School of Physics am Trinity College Dublin gaben heute bekannt, dass einmagnetisches MaterialDie im Zentrum entwickelte Technologie demonstriert die schnellste jemals gemessene magnetische Schaltgeschwindigkeit.
Das Team nutzte Femtosekunden-Lasersysteme im Photonics Research Laboratory bei CRANN, um die magnetische Ausrichtung ihres Materials in Billionstel Sekunden umzuschalten und dann wieder umzuschalten – sechsmal schneller als der bisherige Rekord und hundertmal schneller als die Taktfrequenz eines Personalcomputers.
Diese Entdeckung beweist das Potenzial des Materials für eine neue Generation energieeffizienter, ultraschneller Computer und Datenspeichersysteme.
Die Forscher erreichten diese beispiellosen Schaltgeschwindigkeiten in einer Legierung namens MRG, die die Gruppe 2014 erstmals aus Mangan, Ruthenium und Gallium synthetisierte. Im Experiment bestrahlte das Team dünne MRG-Filme mit kurzen roten Laserimpulsen und lieferte so Megawatt Leistung in weniger als einer Milliardstel Sekunde.
Durch die Wärmeübertragung ändert sich die magnetische Ausrichtung des MRG. Diese erste Änderung erfolgt in unvorstellbar kurzen Zehntel Pikosekunden (1 ps = eine Billionstel Sekunde). Noch wichtiger ist jedoch die Entdeckung des Teams, dass sich die Ausrichtung nur 10 Billionstel Sekunden später wieder umkehren lässt. Dies ist die schnellste jemals beobachtete Umkehrung der Magnetausrichtung.
Ihre Ergebnisse werden diese Woche in der führenden Physikzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Die Entdeckung könnte angesichts der Bedeutung vonmagnetisches MaterialIn dieser Branche spielen magnetische Materialien eine zentrale Rolle. Sie sind in vielen unserer elektronischen Geräte sowie in den riesigen Rechenzentren des Internets verborgen und lesen und speichern Daten. Die gegenwärtige Informationsflut erzeugt mehr Daten und verbraucht mehr Energie als je zuvor. Die Suche nach neuen, energieeffizienten Methoden zur Datenverarbeitung und nach passenden Materialien ist daher ein weltweites Forschungsthema.
Der Schlüssel zum Erfolg der Trinity-Teams lag in ihrer Fähigkeit, ultraschnelles Schalten ohne Magnetfeld zu realisieren. Herkömmliche Schaltvorgänge mit Magneten benötigen einen weiteren Magneten, was sowohl energie- als auch zeitaufwändig ist. Mit MRG wurde das Schalten durch einen Wärmeimpuls erreicht, indem die einzigartige Wechselwirkung des Materials mit Licht genutzt wurde.
Die Trinity-Forscher Jean Besbas und Karsten Rode erörtern einen Forschungsansatz:
„Magnetisches MaterialMagnetische Resonatoren (MRG) besitzen von Natur aus einen Speicher, der für logische Operationen genutzt werden kann. Bisher war das Umschalten von einem magnetischen Zustand („logisch 0“) zu einem anderen („logisch 1“) zu energieaufwendig und zu langsam. Unsere Forschung verbessert die Geschwindigkeit, indem sie zeigt, dass wir MRG innerhalb von 0,1 Pikosekunden von einem Zustand in einen anderen umschalten können und – entscheidend – dass ein zweiter Schaltvorgang nur 10 Pikosekunden später folgt. Dies entspricht einer Betriebsfrequenz von etwa 100 Gigahertz – schneller als alles bisher Beobachtete.
„Diese Entdeckung unterstreicht die besondere Fähigkeit unseres MRG, Licht und Spin effektiv zu koppeln, sodass wir Magnetismus mit Licht und Licht mit Magnetismus auf bisher unerreichten 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, bekannt als MRG, entwickelt hatten, ahnten wir nicht, dass das Material dieses bemerkenswerte magnetooptische Potenzial besaß.“
„Diese Demonstration wird zu neuen Gerätekonzepten auf Basis von Licht und Magnetismus führen, die von deutlich höherer Geschwindigkeit und Energieeffizienz profitieren könnten und vielleicht letztendlich ein einziges universelles Gerät mit kombinierter Speicher- und Logikfunktionalität ermöglichen. Es ist eine enorme Herausforderung, aber wir haben ein Material vorgestellt, das dies ermöglichen könnte. Wir hoffen, die Finanzierung und die Zusammenarbeit mit der Industrie zu sichern, um unsere Arbeit fortzusetzen.“
Veröffentlichungsdatum: 05. Mai 2021