Onderzoekers van CRANN (The Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices) en de School of Physics van Trinity College Dublin hebben vandaag bekendgemaakt dat eenmagnetisch materiaalDe in het centrum ontwikkelde technologie demonstreert de snelste magnetische schakeling die ooit is gemeten.
Het team gebruikte femtoseconde lasersystemen in het Photonics Research Laboratory van CRANN om de magnetische oriëntatie van hun materiaal in triljoensten van een seconde te schakelen en vervolgens weer terug te schakelen, zes keer sneller dan het vorige record en honderd keer sneller dan de kloksnelheid van een personal computer.
Deze ontdekking toont het potentieel van het materiaal aan voor een nieuwe generatie energiezuinige, ultrasnelle computers en dataopslagsystemen.
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 beschoot het team dunne MRG-films met pulsen rood laserlicht, waardoor in minder dan een miljardste van een seconde megawatts aan vermogen werden geleverd.
De warmteoverdracht zorgt ervoor dat de magnetische oriëntatie van MRG verandert. Deze eerste verandering vindt plaats in een onvoorstelbaar snelle tiende van een picoseconde (1 ps = een biljoenste van een seconde). Maar, nog belangrijker, het team ontdekte dat ze de oriëntatie 10 biljoenste van een seconde later weer terug konden veranderen. Dit is de snelste omschakeling van de oriëntatie van een magneet die ooit is waargenomen.
Hun resultaten worden deze week gepubliceerd in het toonaangevende natuurkundige tijdschrift Physical Review Letters.
De ontdekking zou nieuwe mogelijkheden kunnen openen voor innovatieve computer- en informatietechnologie, gezien het belang ervan.magnetisch materiaalIn deze industrie spelen magnetische materialen een grote rol. In veel van onze elektronische apparaten, maar ook in de grootschalige datacenters die de kern van het internet vormen, lezen en bewaren ze de data. De huidige informatie-explosie genereert meer data en verbruikt meer energie dan ooit tevoren. Het vinden van nieuwe energiezuinige manieren om data te verwerken, en bijbehorende materialen, is een wereldwijde onderzoeksprioriteit.
De sleutel tot het succes van de Trinity-teams lag in hun vermogen om de ultrasnelle schakeling te realiseren zonder magnetisch veld. Bij de traditionele schakeling van een magneet wordt een andere magneet gebruikt, wat energie en tijd kost. Met MRG werd de schakeling bereikt met een warmtepuls, waarbij gebruik werd gemaakt van de unieke interactie van het materiaal met licht.
Trinity-onderzoekers Jean Besbas en Karsten Rode bespreken een van de onderzoeksrichtingen:
“Magnetisch materiaalMagneten hebben van nature een geheugen dat voor logische berekeningen gebruikt kan worden. Tot nu toe was het schakelen van de ene magnetische toestand ('logische 0') naar de andere ('logische 1') te energie-intensief en te traag. Ons onderzoek pakt de snelheid aan door aan te tonen dat we magnetorheologische grafeen (MRG) in 0,1 picoseconde van de ene naar de andere toestand kunnen schakelen en, cruciaal, dat een tweede schakeling slechts 10 picoseconden later kan plaatsvinden, wat overeenkomt met een operationele frequentie van ongeveer 100 gigahertz – sneller dan alles wat tot nu toe is waargenomen.
"Deze ontdekking benadrukt het bijzondere vermogen van onze MRG om licht en spin effectief te koppelen, waardoor we magnetisme met licht en licht met magnetisme kunnen beheersen op tot nu toe onbereikbare tijdschalen."
Professor Michael Coey, van de faculteit Natuurkunde en CRANN van Trinity College, gaf 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 ontwikkeld, bekend als MRG, hadden we nooit vermoed dat het materiaal dit opmerkelijke magneto-optische potentieel bezat."
"Deze demonstratie zal leiden tot nieuwe apparaatconcepten gebaseerd op licht en magnetisme, die aanzienlijk sneller en energiezuiniger kunnen worden en uiteindelijk wellicht een universeel apparaat met gecombineerde geheugen- en logische functionaliteit mogelijk maken. Het is een enorme uitdaging, maar we hebben een materiaal aangetoond dat dit wellicht mogelijk maakt. We hopen financiering en samenwerking met de industrie te verkrijgen om ons werk voort te zetten."
Geplaatst op: 5 mei 2021