Исследователи из CRANN (Центра исследований адаптивных наноструктур и наноустройств) и Школы физики Тринити-колледжа в Дублине сегодня объявили, чтомагнитный материалРазработанный в Центре прибор демонстрирует самое быстрое магнитное переключение, когда-либо зафиксированное.
Группа использовала фемтосекундные лазерные системы в Лаборатории фотонных исследований CRANN, чтобы переключать и повторно переключать магнитную ориентацию своего 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 нового поколения энергоэффективных сверхбыстрых компьютеров и систем хранения данных.
Исследователи достигли беспрецедентных скоростей переключения в сплаве MRG, впервые синтезированном группой в 2014 году из марганца, рутения и галлия. В ходе эксперимента команда воздействовала на тонкие плёнки MRG импульсами красного лазерного света, вырабатывая мегаваттную мощность менее чем за одну миллиардную долю секунды.
Теплопередача меняет магнитную ориентацию магнитного поля (MRG). Для достижения этого первого изменения требуется невообразимо быстрая десятая пикосекунды (1 пс = одна триллионная секунды). Но, что ещё важнее, команда обнаружила, что может вернуть ориентацию обратно через 10 триллионных секунды. Это самое быстрое из когда-либо наблюдавшихся переключений магнитной ориентации.
Их результаты опубликованы на этой неделе в ведущем физическом журнале Physical Review Letters.
Это открытие может открыть новые пути для инновационных вычислений и информационных технологий, учитывая важностьмагнитный материалв этой отрасли. Магнитные материалы, скрытые во многих наших электронных устройствах, а также в крупных центрах обработки данных, составляющих сердце интернета, считывают и хранят данные. Нынешний информационный взрыв генерирует больше данных и потребляет больше энергии, чем когда-либо прежде. Поиск новых энергоэффективных способов обработки данных и соответствующих материалов — это исследовательская задача во всем мире.
Ключом к успеху команды Trinity стала их способность добиться сверхбыстрого переключения без использования магнитного поля. Традиционное переключение магнита требует использования другого магнита, что приводит к затратам энергии и времени. В MRG переключение достигалось с помощью теплового импульса, что использовало уникальное взаимодействие материала со светом.
Исследователи Тринити Жан Бесбас и Карстен Роде обсуждают одно из направлений исследования:
«Магнитный материалУ MRG изначально есть память, которую можно использовать для логических вычислений. До сих пор переключение из одного магнитного состояния «логический 0» в другое «логическая 1» было слишком энергоёмким и медленным. Наше исследование, направленное на повышение скорости, показало, что мы можем переключать MRG из одного состояния в другое за 0,1 пикосекунды и, что особенно важно, второе переключение может произойти всего через 10 пикосекунд, что соответствует рабочей частоте около 100 гигагерц — быстрее, чем когда-либо наблюдалось ранее.
«Это открытие подчеркивает особую способность нашего MRG эффективно связывать свет и спин, чтобы мы могли контролировать магнетизм с помощью света и свет с помощью магнетизма в недостижимых ранее временных масштабах».
Комментируя работу своей команды, профессор Майкл Кои 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 приведёт к появлению новых концепций устройств, основанных на свете и магнетизме, которые могут значительно повысить скорость и энергоэффективность, что, возможно, в конечном итоге приведёт к созданию единого универсального устройства с комбинированной памятью и логическими функциями. Это серьёзная задача, но мы продемонстрировали материал, который может сделать это возможным. Мы надеемся получить финансирование и сотрудничество с промышленностью для продолжения нашей работы.
Время публикации: 05 мая 2021 г.