Исследователи из CRANN (Центра исследований адаптивных наноструктур и наноустройств) и Школы физики Тринити-колледжа в Дублине сегодня объявили о том, чтомагнитный материалРазработанная в Центре технология демонстрирует самое быстрое магнитное переключение из когда-либо зарегистрированных.
Использовав фемтосекундные лазерные системы в Лаборатории фотонных исследований CRANN, команда смогла изменить, а затем повторно изменить магнитную ориентацию материала за триллионные доли секунды, что в шесть раз быстрее предыдущего рекорда и в сто раз быстрее тактовой частоты персонального компьютера.
Это открытие демонстрирует потенциал материала для создания нового поколения энергоэффективных сверхбыстрых компьютеров и систем хранения данных.
Исследователи достигли беспрецедентной скорости переключения в сплаве под названием MRG, впервые синтезированном группой в 2014 году из марганца, рутения и галлия. В ходе эксперимента команда облучала тонкие пленки MRG импульсами красного лазерного света, выдавая мегаватты мощности менее чем за миллиардную долю секунды.
Передача тепла изменяет магнитную ориентацию MRG. Для этого первого изменения требуется невероятно быстрая десятая доля пикосекунды (1 пс = одна триллионная доля секунды). Но, что более важно, команда обнаружила, что они могут вернуть ориентацию в исходное состояние через 10 триллионных долей секунды. Это самое быстрое изменение ориентации магнита, когда-либо наблюдавшееся.
Результаты их исследований опубликованы на этой неделе в ведущем физическом журнале Physical Review Letters.
Учитывая важность этого открытия, оно может открыть новые возможности для инновационных вычислительных и информационных технологий.магнитный материалВ этой отрасли магнитные материалы, скрытые во многих наших электронных устройствах, а также в крупных центрах обработки данных, лежащих в основе интернета, считывают и хранят данные. Современный информационный взрыв генерирует больше данных и потребляет больше энергии, чем когда-либо прежде. Поиск новых энергоэффективных способов обработки данных и соответствующих материалов является одной из важнейших задач мировых исследований.
Ключом к успеху команд из Тринити-колледжа стала их способность добиться сверхбыстрого переключения без использования магнитного поля. Традиционное переключение магнита осуществляется с помощью другого магнита, что влечет за собой затраты энергии и времени. В случае с MRG переключение было достигнуто с помощью теплового импульса, используя уникальное взаимодействие материала со светом.
Исследователи из Тринити-колледжа Жан Бесбас и Карстен Роде обсуждают одно из направлений исследований:
«Магнитный материалМагнитные резонаторы по своей природе обладают памятью, которую можно использовать для логических операций. До сих пор переключение из одного магнитного состояния («логический 0») в другое («логический 1») было слишком энергозатратным и медленным. Наше исследование решает проблему скорости, показав, что мы можем переключать магнитные резонаторы из одного состояния в другое за 0,1 пикосекунды, и, что особенно важно, что второе переключение может произойти всего через 10 пикосекунд, что соответствует рабочей частоте около 100 гигагерц — быстрее, чем все, что наблюдалось ранее.
«Это открытие подчеркивает особую способность нашего магнитореологического генератора эффективно связывать свет и спин, позволяя нам управлять магнетизмом с помощью света и светом с помощью магнетизма в ранее недостижимых временных масштабах».
Комментируя работу своей команды, профессор Майкл Коуи из Школы физики Тринити-колледжа и CRANN сказал: «В 2014 году, когда моя команда и я впервые объявили о создании совершенно нового сплава марганца, рутения и галлия, известного как MRG, мы и не подозревали, что этот материал обладает таким замечательным магнитооптическим потенциалом.
«Эта демонстрация приведет к созданию новых концепций устройств, основанных на свете и магнетизме, которые могут значительно повысить скорость и энергоэффективность, что в конечном итоге может привести к созданию единого универсального устройства с объединенными функциями памяти и логики. Это огромная задача, но мы продемонстрировали материал, который может сделать ее возможной. Мы надеемся получить финансирование и сотрудничество с промышленностью для продолжения нашей работы».
Дата публикации: 05 мая 2021 г.