Onderzoekers van CRANN (The Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices) en de School of Physics van het Trinity College Dublin hebben vandaag aangekondigd dat eenmagnetisch materiaalontwikkeld in het Centrum demonstreert de snelste magnetische schakeling ooit gemeten.
Het team gebruikte femtoseconde-lasersystemen in het Photonics Research Laboratory van CRANN om de magnetische oriëntatie van hun materiaal in biljoensten van een seconde te veranderen en vervolgens opnieuw te veranderen, zes keer sneller dan het vorige record en honderd keer sneller dan de kloksnelheid van een personal computer.
Deze ontdekking demonstreert het potentieel van het materiaal voor een nieuwe generatie energiezuinige, ultrasnelle computers en gegevensopslagsystemen.
De onderzoekers bereikten hun ongekende schakelsnelheden in een legering genaamd MRG, die in 2014 voor het eerst door de groep werd gesynthetiseerd uit mangaan, ruthenium en gallium.In het experiment raakte het team dunne films van MRG met uitbarstingen van rood laserlicht, waardoor in minder dan een miljardste van een seconde megawatt aan vermogen werd geleverd.
De warmteoverdracht verandert de magnetische oriëntatie van MRG.Er is een onvoorstelbaar snelle tiende van een picoseconde nodig om deze eerste verandering te bewerkstelligen (1 ps = één biljoenste van een seconde).Maar belangrijker nog: het team ontdekte dat ze de oriëntatie 10 biljoensten van een seconde later weer konden terugdraaien.Dit is de snelste verandering van de oriëntatie van een magneet ooit waargenomen.
Hun resultaten worden deze week gepubliceerd in het toonaangevende natuurkundetijdschrift Physical Review Letters.
De ontdekking zou nieuwe wegen kunnen openen voor innovatieve computer- en informatietechnologie, gezien het belang ervanmagnetisch materiaals in deze branche.Verborgen in veel van onze elektronische apparaten, maar ook in de grootschalige datacentra in het hart van het internet, lezen en slaan magnetische materialen de gegevens op.De huidige informatie-explosie genereert meer data en verbruikt meer energie dan ooit tevoren.Het vinden van nieuwe energie-efficiënte manieren om gegevens en bijpassende materialen te manipuleren, is een wereldwijde onderzoeksaangelegenheid.
De sleutel tot het succes van de Trinity-teams was hun vermogen om ultrasnel te schakelen zonder enig magnetisch veld.Bij het traditioneel schakelen van een magneet wordt een andere magneet gebruikt, wat zowel energie als tijd kost.Bij MRG gebeurde het schakelen met een warmtepuls, waarbij gebruik werd gemaakt van de unieke interactie van het materiaal met licht.
Trinity-onderzoekers Jean Besbas en Karsten Rode bespreken één richting van het onderzoek:
“Magnetisch materiaals hebben inherent geheugen dat voor logica kan worden gebruikt.Tot nu toe is het overschakelen van de ene magnetische toestand ‘logische 0’ naar de andere ‘logische 1’ te energieverslindend en te langzaam geweest.Ons onderzoek richt zich op snelheid door aan te tonen dat we MRG in 0,1 picoseconden van de ene toestand naar de andere kunnen overschakelen en, cruciaal, dat een tweede omschakeling slechts 10 picoseconden later kan volgen, wat overeenkomt met een operationele frequentie van ~ 100 gigahertz – sneller dan alles wat eerder is waargenomen.
“De ontdekking benadrukt het bijzondere vermogen van onze MRG om licht en spin effectief te koppelen, zodat we magnetisme met licht en licht met magnetisme kunnen beheersen op tot nu toe onhaalbare tijdschalen.”
Professor Michael Coey, Trinity's School of Physics en CRANN, zei in een commentaar op het werk van zijn team: “Toen mijn team en ik in 2014 voor het eerst aankondigden dat we een compleet nieuwe legering van mangaan, ruthenium en gallium hadden gemaakt, bekend als MRG, hebben we nooit vermoedde dat het materiaal dit opmerkelijke magneto-optische potentieel had.
“Deze demonstratie zal leiden tot nieuwe apparaatconcepten gebaseerd op licht en magnetisme die zouden kunnen profiteren van een sterk verhoogde snelheid en energie-efficiëntie, waardoor uiteindelijk misschien één enkel universeel apparaat met gecombineerde geheugen- en logische functionaliteit zou kunnen worden gerealiseerd.Het is een enorme uitdaging, maar we hebben een materiaal laten zien dat dit mogelijk maakt.We hopen financiering en samenwerking met de sector veilig te stellen om ons werk voort te zetten.”
Posttijd: 05 mei 2021