Forskere ved CRANN (Senteret for forskning på adaptive nanostrukturer og nanodevicer) og fysikkskolen ved Trinity College Dublin kunngjorde i dag at enmagnetisk materialeutviklet ved senteret demonstrerer den raskeste magnetiske svitsjen som noen gang er registrert.
Teamet brukte femtosekundlasersystemer i Photonics Research Laboratory ved CRANN for å bytte og deretter bytte om den magnetiske orienteringen til materialet sitt på trilliondeler av et sekund, seks ganger raskere enn den forrige rekorden, og hundre ganger raskere enn klokkehastigheten til en personlig datamaskin.
Denne oppdagelsen demonstrerer materialets potensial for en ny generasjon energieffektive ultrasnelle datamaskiner og datalagringssystemer.
Forskerne oppnådde sine enestående koblingshastigheter i en legering kalt MRG, som først ble syntetisert av gruppen i 2014 fra mangan, rutenium og gallium. I eksperimentet traff teamet tynne filmer av MRG med utbrudd av rødt laserlys, og leverte megawatt med kraft på under en milliarddels sekund.
Varmeoverføringen endrer den magnetiske retningen til MRG. Det tar en ufattelig rask tiendedels pikosekund å oppnå denne første endringen (1 ps = en billiondels sekund). Men enda viktigere, teamet oppdaget at de kunne endre retningen tilbake igjen 10 billiondels sekund senere. Dette er den raskeste endringen av en magnets retning som noen gang er observert.
Resultatene deres publiseres denne uken i det ledende fysikktidsskriftet Physical Review Letters.
Oppdagelsen kan åpne nye veier for innovativ databehandling og informasjonsteknologi, gitt viktigheten avmagnetisk materiales i denne bransjen. Gjemt i mange av våre elektroniske enheter, så vel som i de store datasentrene i hjertet av internett, leser og lagrer magnetiske materialer dataene. Den nåværende informasjonseksplosjonen genererer mer data og bruker mer energi enn noen gang før. Å finne nye energieffektive måter å manipulere data på, og materialer som matcher, er et verdensomspennende forskningsfokus.
Nøkkelen til Trinity-teamenes suksess var deres evne til å oppnå ultrahurtig svitsjing uten noe magnetfelt. Tradisjonell svitsjing av en magnet bruker en annen magnet, noe som koster både energi og tid. Med MRG ble svitsjen oppnådd med en varmepuls, som utnyttet materialets unike interaksjon med lys.
Trinity-forskerne Jean Besbas og Karsten Rode diskuterer én av forskningsretningene:
«Magnetisk materiales har iboende minne som kan brukes til logikk. Så langt har det å bytte fra én magnetisk tilstand, «logisk 0», til en annen «logisk 1», vært for energikrevende og for tregt. Forskningen vår tar for seg hastighet ved å vise at vi kan bytte MRG fra én tilstand til en annen på 0,1 picosekunder, og viktigst av alt, at en andre bytte bare kan følge 10 picosekunder senere, noe som tilsvarer en driftsfrekvens på ~100 gigahertz – raskere enn noe som er observert tidligere.
«Oppdagelsen fremhever den spesielle evnen vår MRG har til effektivt å koble lys og spinn, slik at vi kan kontrollere magnetisme med lys og lys med magnetisme på hittil uoppnåelige tidsskalaer.»
Professor Michael Coey, Trinity's School of Physics og CRANN, kommenterte teamets arbeid: «I 2014, da teamet mitt og jeg først annonserte at vi hadde laget en helt ny legering av mangan, rutenium og gallium, kjent som MRG, mistenkte vi aldri at materialet hadde dette bemerkelsesverdige magneto-optiske potensialet.»
«Denne demonstrasjonen vil føre til nye enhetskonsepter basert på lys og magnetisme som kan dra nytte av kraftig økt hastighet og energieffektivitet, kanskje til slutt realisere en enkelt universell enhet med kombinert minne- og logikkfunksjonalitet. Det er en enorm utfordring, men vi har vist et materiale som kan gjøre det mulig. Vi håper å sikre finansiering og industrisamarbeid for å fortsette arbeidet vårt.»
Publiseringstid: 05. mai 2021