Ερευνητές στο CRANN (Κέντρο Έρευνας για Προσαρμοστικές Νανοδομές και Νανοσυσκευές) και στη Σχολή Φυσικής στο Trinity College του Δουβλίνου ανακοίνωσαν σήμερα ότι έναμαγνητικό υλικόπου αναπτύχθηκε στο Κέντρο καταδεικνύει την ταχύτερη μαγνητική μεταγωγή που έχει καταγραφεί ποτέ.
Η ομάδα χρησιμοποίησε συστήματα λέιζερ femtosecond στο Εργαστήριο Φωτονικής Έρευνας στο CRANN για να αλλάξει και στη συνέχεια να αλλάξει ξανά τον μαγνητικό προσανατολισμό του υλικού της σε τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου, έξι φορές πιο γρήγορα από το προηγούμενο ρεκόρ και εκατό φορές πιο γρήγορα από την ταχύτητα ρολογιού ενός προσωπικού υπολογιστή.
Αυτή η ανακάλυψη καταδεικνύει τις δυνατότητες του υλικού για μια νέα γενιά ενεργειακά αποδοτικών υπερταχέων υπολογιστών και συστημάτων αποθήκευσης δεδομένων.
Οι ερευνητές πέτυχαν πρωτοφανείς ταχύτητες μεταγωγής σε ένα κράμα που ονομάζεται MRG, το οποίο συντέθηκε για πρώτη φορά από την ομάδα το 2014 από μαγγάνιο, ρουθήνιο και γάλλιο. Στο πείραμα, η ομάδα χτύπησε λεπτές μεμβράνες MRG με εκρήξεις κόκκινου φωτός λέιζερ, παρέχοντας μεγαβάτ ισχύος σε λιγότερο από ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου.
Η μεταφορά θερμότητας αλλάζει τον μαγνητικό προσανατολισμό του MRG. Χρειάζεται ένα αφάνταστα γρήγορο δέκατο του πικοδευτερολέπτου για να επιτευχθεί αυτή η πρώτη αλλαγή (1 ps = ένα τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου). Αλλά, το πιο σημαντικό, η ομάδα ανακάλυψε ότι μπορούσε να αλλάξει τον προσανατολισμό ξανά 10 τρισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου αργότερα. Αυτή είναι η ταχύτερη αλλαγή προσανατολισμού ενός μαγνήτη που έχει παρατηρηθεί ποτέ.
Τα αποτελέσματά τους δημοσιεύονται αυτή την εβδομάδα στο κορυφαίο περιοδικό φυσικής, Physical Review Letters.
Η ανακάλυψη θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για καινοτόμες τεχνολογίες πληροφορικής και πληροφορικής, δεδομένης της σημασίας της...μαγνητικό υλικόσε αυτόν τον κλάδο. Κρυμμένα σε πολλές από τις ηλεκτρονικές μας συσκευές, καθώς και στα μεγάλης κλίμακας κέντρα δεδομένων στην καρδιά του διαδικτύου, μαγνητικά υλικά διαβάζουν και αποθηκεύουν τα δεδομένα. Η τρέχουσα έκρηξη πληροφοριών παράγει περισσότερα δεδομένα και καταναλώνει περισσότερη ενέργεια από ποτέ. Η εύρεση νέων ενεργειακά αποδοτικών τρόπων χειρισμού δεδομένων, καθώς και υλικών που να ταιριάζουν, αποτελεί παγκόσμια ερευνητική ενασχόληση.
Το κλειδί για την επιτυχία των ομάδων Trinity ήταν η ικανότητά τους να επιτύχουν την εξαιρετικά γρήγορη μεταγωγή χωρίς κανένα μαγνητικό πεδίο. Η παραδοσιακή μεταγωγή ενός μαγνήτη χρησιμοποιεί έναν άλλο μαγνήτη, ο οποίος έχει κόστος τόσο από άποψη ενέργειας όσο και χρόνου. Με το MRG, η μεταγωγή επιτεύχθηκε με έναν παλμό θερμότητας, αξιοποιώντας τη μοναδική αλληλεπίδραση του υλικού με το φως.
Οι ερευνητές του Trinity, Jean Besbas και Karsten Rode, συζητούν μια κατεύθυνση της έρευνας:
«Μαγνητικό υλικόέχουν εγγενώς μνήμη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για λογική. Μέχρι στιγμής, η μετάβαση από μια μαγνητική κατάσταση «λογικό 0» σε μια άλλη «λογικό 1» ήταν πολύ ενεργοβόρα και πολύ αργή. Η έρευνά μας εξετάζει την ταχύτητα δείχνοντας ότι μπορούμε να αλλάξουμε το MRG από τη μία κατάσταση στην άλλη σε 0,1 πικοδευτερόλεπτα και, το πιο σημαντικό, ότι μια δεύτερη αλλαγή μπορεί να ακολουθήσει μόνο 10 πικοδευτερόλεπτα αργότερα, που αντιστοιχεί σε μια λειτουργική συχνότητα ~ 100 γιγαχέρτζ - ταχύτερη από οτιδήποτε έχει παρατηρηθεί προηγουμένως.
«Η ανακάλυψη υπογραμμίζει την ιδιαίτερη ικανότητα του MRG μας να συνδέει αποτελεσματικά το φως και την περιστροφή, έτσι ώστε να μπορούμε να ελέγχουμε τον μαγνητισμό με το φως και το φως με τον μαγνητισμό σε χρονοδιαγράμματα που μέχρι στιγμής ήταν ανέφικτα.»
Σχολιάζοντας το έργο της ομάδας του, ο καθηγητής Michael Coey, από τη Σχολή Φυσικής του Trinity και το CRANN, δήλωσε: «Το 2014, όταν η ομάδα μου και εγώ ανακοινώσαμε για πρώτη φορά ότι είχαμε δημιουργήσει ένα εντελώς νέο κράμα μαγγανίου, ρουθηνίου και γαλλίου, γνωστό ως MRG, δεν υποψιαστήκαμε ποτέ ότι το υλικό είχε αυτό το αξιοσημείωτο μαγνητοοπτικό δυναμικό».
«Αυτή η επίδειξη θα οδηγήσει σε νέες ιδέες συσκευών βασισμένες στο φως και τον μαγνητισμό, οι οποίες θα μπορούσαν να επωφεληθούν από σημαντικά αυξημένη ταχύτητα και ενεργειακή απόδοση, ίσως τελικά να υλοποιήσουν μια ενιαία καθολική συσκευή με συνδυασμένη μνήμη και λογική λειτουργικότητα. Είναι μια τεράστια πρόκληση, αλλά έχουμε δείξει ένα υλικό που μπορεί να το καταστήσει δυνατό. Ελπίζουμε να εξασφαλίσουμε χρηματοδότηση και συνεργασία στον κλάδο για να συνεχίσουμε το έργο μας.»
Ώρα δημοσίευσης: 05 Μαΐου 2021