Forskare vid CRANN (The Centre for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices), och School of Physics vid Trinity College Dublin, tillkännagav idag att enmagnetiskt materialutvecklad vid centret visar den snabbaste magnetiska växling som någonsin registrerats.
Teamet använde femtosekundlasersystem i Photonics Research Laboratory vid CRANN för att växla och sedan återväxla den magnetiska orienteringen av sitt material i biljondelar av en sekund, sex gånger snabbare än det tidigare rekordet och hundra gånger snabbare än klockhastigheten på en persondator.
Denna upptäckt visar potentialen hos materialet för en ny generation energieffektiva ultrasnabba datorer och datalagringssystem.
Forskarna uppnådde sina oöverträffade växlingshastigheter i en legering som heter MRG, som först syntetiserades av gruppen 2014 från mangan, rutenium och gallium.I experimentet träffade teamet tunna filmer av MRG med skurar av rött laserljus, vilket levererade megawatt effekt på mindre än en miljarddels sekund.
Värmeöverföringen växlar den magnetiska orienteringen av MRG.Det tar en ofattbart snabb tiondels pikosekund att uppnå denna första förändring (1 ps = en biljondels sekund).Men ännu viktigare, teamet upptäckte att de kunde ändra orienteringen tillbaka igen 10 biljondelar av en sekund senare.Detta är den snabbaste omkopplingen av en magnets orientering som någonsin observerats.
Deras resultat publiceras denna vecka i den ledande fysiktidskriften Physical Review Letters.
Upptäckten kan öppna nya vägar för innovativ dator- och informationsteknik, med tanke på vikten avmagnetiskt materialär i den här branschen.Gömt i många av våra elektroniska enheter, såväl som i storskaliga datacenter i hjärtat av internet, läser och lagrar magnetiskt material data.Den nuvarande informationsexplosionen genererar mer data och förbrukar mer energi än någonsin tidigare.Att hitta nya energieffektiva sätt att manipulera data och material för att matcha, är en världsomspännande forskningsuppfattning.
Nyckeln till Trinity-teamens framgång var deras förmåga att uppnå den ultrasnabba växlingen utan något magnetfält.Traditionellt byte av en magnet använder en annan magnet, vilket kostar både energi och tid.Med MRG uppnåddes omkopplingen med en värmepuls, vilket utnyttjade materialets unika interaktion med ljus.
Trinity-forskarna Jean Besbas och Karsten Rode diskuterar en väg av forskningen:
"Magnetiskt materials har i sig ett minne som kan användas för logik.Hittills har bytet från ett magnetiskt tillstånd 'logisk 0' till en annan 'logisk 1' varit för energikrävande och för långsamt.Vår forskning tar upp hastighet genom att visa att vi kan byta MRG från ett tillstånd till ett annat på 0,1 pikosekunder och avgörande att en andra switch kan följa endast 10 pikosekunder senare, vilket motsvarar en driftsfrekvens på ~ 100 gigahertz – snabbare än något som har observerats tidigare.
"Upptäckten belyser den speciella förmågan hos vår MRG att effektivt koppla ljus och spinn så att vi kan kontrollera magnetism med ljus och ljus med magnetism på hittills ouppnåeliga tidsskalor."
I en kommentar om sitt teams arbete sa professor Michael Coey, Trinity's School of Physics och CRANN, "2014 när mitt team och jag först meddelade att vi hade skapat en helt ny legering av mangan, rutenium och gallium, känd som MRG, hade vi aldrig misstänkte att materialet hade denna anmärkningsvärda magnetoptiska potential.
"Denna demonstration kommer att leda till nya enhetskoncept baserade på ljus och magnetism som kan dra nytta av kraftigt ökad hastighet och energieffektivitet, kanske i slutändan förverkliga en enda universell enhet med kombinerad minnes- och logikfunktionalitet.Det är en enorm utmaning, men vi har visat ett material som kan göra det möjligt.Vi hoppas kunna säkra finansiering och branschsamarbete för att fortsätta vårt arbete.”
Posttid: maj-05-2021