Naukowcy z CRANN (Centrum Badań nad Adaptacyjnymi Nanostrukturami i Nanourządzeniami) oraz Wydziału Fizyki w Trinity College Dublin ogłosili dziś, żemateriał magnetycznyopracowane w Centrum wykazują najszybsze przełączanie magnetyczne, jakie kiedykolwiek zarejestrowano.
Zespół wykorzystał systemy laserów femtosekundowych w Laboratorium Badań Fotonicznych w CRANN do przełączania i ponownego przełączania orientacji magnetycznej materiału w ciągu bilionowych części sekundy, sześć razy szybciej od poprzedniego rekordu i sto razy szybciej od prędkości zegara komputera osobistego.
Odkrycie to dowodzi potencjału tego materiału w nowej generacji energooszczędnych, ultraszybkich komputerów i systemów przechowywania danych.
Naukowcy osiągnęli bezprecedensowe prędkości przełączania w stopie o nazwie MRG, zsyntetyzowanym po raz pierwszy przez grupę w 2014 roku z manganu, rutenu i galu. W eksperymencie zespół poddał cienkie warstwy MRG działaniu impulsów czerwonego światła laserowego, generując megawaty mocy w czasie krótszym niż miliardowa część sekundy.
Przenoszenie ciepła zmienia orientację magnetyczną MRG. Ta pierwsza zmiana zajmuje niewyobrażalnie krótką dziesiątą pikosekundę (1 ps = jedna bilionowa sekundy). Co ważniejsze, zespół odkrył, że może ponownie zmienić orientację po 10 bilionowych sekundach. To najszybsza zmiana orientacji magnesu, jaką kiedykolwiek zaobserwowano.
Wyniki ich badań opublikowano w tym tygodniu w wiodącym czasopiśmie fizycznym Physical Review Letters.
Odkrycie może otworzyć nowe możliwości dla innowacyjnych technologii obliczeniowych i informacyjnych, biorąc pod uwagę znaczeniemateriał magnetycznyw tej branży. Materiały magnetyczne, ukryte w wielu naszych urządzeniach elektronicznych, a także w wielkoskalowych centrach danych, stanowiących serce internetu, odczytują i przechowują dane. Obecny wzrost ilości informacji generuje więcej danych i zużywa więcej energii niż kiedykolwiek wcześniej. Znalezienie nowych, energooszczędnych sposobów przetwarzania danych i odpowiednich materiałów jest globalnym priorytetem badawczym.
Kluczem do sukcesu zespołów Trinity była ich zdolność do ultraszybkiego przełączania bez użycia pola magnetycznego. Tradycyjny sposób przełączania magnesu wykorzystuje inny magnes, co wiąże się z kosztami zarówno pod względem energii, jak i czasu. W przypadku MRG przełączanie osiągnięto za pomocą impulsu cieplnego, wykorzystując unikalną interakcję materiału ze światłem.
Jean Besbas i Karsten Rode, badacze z Trinity, omawiają jeden kierunek badań:
„Materiał magnetycznys z natury posiadają pamięć, którą można wykorzystać do obliczeń logicznych. Jak dotąd przełączanie z jednego stanu magnetycznego „logicznego 0” na inny „logiczny 1” było zbyt energochłonne i zbyt powolne. Nasze badania dotyczą szybkości, pokazując, że możemy przełączyć MRG z jednego stanu na drugi w 0,1 pikosekundy, a co najważniejsze, że drugie przełączenie może nastąpić zaledwie 10 pikosekund później, co odpowiada częstotliwości operacyjnej około 100 gigaherców – szybciej niż cokolwiek zaobserwowanego wcześniej.
„Odkrycie to podkreśla szczególną zdolność naszego MRG do skutecznego łączenia światła i spinu, dzięki czemu możemy kontrolować magnetyzm za pomocą światła i światło za pomocą magnetyzmu w dotychczas nieosiągalnych skalach czasowych”.
Komentując pracę swojego zespołu, profesor Michael Coey ze Szkoły Fizyki Trinity i CRANN powiedział: „Kiedy w 2014 roku mój zespół i ja ogłosiliśmy po raz pierwszy, że stworzyliśmy zupełnie nowy stop manganu, rutenu i galu, znany jako MRG, nie podejrzewaliśmy, że materiał ten ma tak niezwykły potencjał magnetooptyczny.
„Ta demonstracja doprowadzi do powstania nowych koncepcji urządzeń opartych na świetle i magnetyzmie, które mogłyby skorzystać ze znacznie zwiększonej prędkości i efektywności energetycznej, być może ostatecznie tworząc jedno uniwersalne urządzenie łączące w sobie funkcje pamięci i logiki. To ogromne wyzwanie, ale zaprezentowaliśmy materiał, który może to umożliwić. Mamy nadzieję na pozyskanie finansowania i współpracy z przemysłem, aby kontynuować nasze prace”.
Czas publikacji: 05-05-2021