Các nhà nghiên cứu tại CRANN (Trung tâm nghiên cứu về cấu trúc nano và thiết bị nano thích ứng) và Trường Vật lý tại Trinity College Dublin, hôm nay đã công bố rằng mộtvật liệu từ tínhđược phát triển tại Trung tâm chứng minh khả năng chuyển đổi từ tính nhanh nhất từng được ghi nhận.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hệ thống laser femto giây tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu Photonic tại CRANN để chuyển đổi và sau đó chuyển đổi lại hướng từ tính của vật liệu trong vài phần nghìn tỷ giây, nhanh hơn sáu lần so với kỷ lục trước đó và nhanh hơn một trăm lần so với tốc độ xung nhịp của máy tính cá nhân.
Khám phá này chứng minh tiềm năng của vật liệu này đối với thế hệ máy tính siêu nhanh tiết kiệm năng lượng và hệ thống lưu trữ dữ liệu mới.
Các nhà nghiên cứu đã đạt được tốc độ chuyển mạch chưa từng có trong một hợp kim gọi là MRG, được nhóm tổng hợp lần đầu tiên vào năm 2014 từ mangan, ruthenium và gali. Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chiếu các chùm tia laser đỏ lên các màng mỏng MRG, tạo ra hàng megawatt điện trong chưa đầy một phần tỷ giây.
Sự truyền nhiệt làm đảo ngược hướng từ tính của MRG. Chỉ mất một phần mười pico giây, nhanh đến mức không thể tưởng tượng nổi, để đạt được sự thay đổi đầu tiên này (1 ps = một phần nghìn tỷ giây). Nhưng quan trọng hơn, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng họ có thể đảo ngược hướng trở lại chỉ sau 10 phần nghìn tỷ giây. Đây là sự đảo ngược hướng nhanh nhất từng được quan sát thấy của một nam châm.
Kết quả nghiên cứu của họ được công bố tuần này trên tạp chí vật lý hàng đầu Physical Review Letters.
Khám phá này có thể mở ra những con đường mới cho công nghệ thông tin và máy tính sáng tạo, xét đến tầm quan trọng củavật liệu từ tínhs trong ngành này. Ẩn mình trong nhiều thiết bị điện tử của chúng ta, cũng như trong các trung tâm dữ liệu quy mô lớn nằm ở trung tâm của Internet, vật liệu từ tính có chức năng đọc và lưu trữ dữ liệu. Sự bùng nổ thông tin hiện nay tạo ra nhiều dữ liệu hơn và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn bao giờ hết. Việc tìm kiếm những phương pháp mới tiết kiệm năng lượng để xử lý dữ liệu, và vật liệu phù hợp, là mối quan tâm nghiên cứu trên toàn thế giới.
Chìa khóa thành công của nhóm Trinity nằm ở khả năng chuyển mạch siêu nhanh mà không cần từ trường. Việc chuyển mạch nam châm truyền thống sử dụng một nam châm khác, gây tốn kém cả về năng lượng lẫn thời gian. Với MRG, việc chuyển mạch được thực hiện bằng xung nhiệt, tận dụng sự tương tác độc đáo của vật liệu với ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu của Trinity là Jean Besbas và Karsten Rode thảo luận về một hướng nghiên cứu:
“Vật liệu từ tínhs vốn có bộ nhớ có thể được sử dụng cho logic. Cho đến nay, việc chuyển đổi từ trạng thái từ tính 'logic 0' sang trạng thái 'logic 1' khác tiêu tốn quá nhiều năng lượng và quá chậm. Nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào tốc độ bằng cách chứng minh rằng chúng ta có thể chuyển đổi MRG từ trạng thái này sang trạng thái khác trong 0,1 pico giây và quan trọng là lần chuyển đổi thứ hai chỉ có thể diễn ra sau 10 pico giây, tương ứng với tần số hoạt động ~ 100 gigahertz—nhanh hơn bất kỳ điều gì đã được quan sát trước đây.
“Khám phá này làm nổi bật khả năng đặc biệt của MRG trong việc kết hợp hiệu quả ánh sáng và spin để chúng ta có thể kiểm soát từ tính bằng ánh sáng và ánh sáng bằng từ tính trong khoảng thời gian chưa từng có trước đây.”
Bình luận về công trình của nhóm mình, Giáo sư Michael Coey, Trường Vật lý Trinity và CRANN, cho biết: “Năm 2014, khi nhóm của tôi lần đầu tiên công bố rằng chúng tôi đã tạo ra một hợp kim hoàn toàn mới gồm mangan, rutheni và gali, được gọi là MRG, chúng tôi chưa bao giờ nghi ngờ vật liệu này có tiềm năng quang từ đáng chú ý như vậy.
“Buổi trình diễn này sẽ dẫn đến những khái niệm thiết bị mới dựa trên ánh sáng và từ tính, có thể được hưởng lợi từ tốc độ và hiệu suất năng lượng được cải thiện đáng kể, và cuối cùng có thể hiện thực hóa một thiết bị vạn năng duy nhất với chức năng bộ nhớ và logic kết hợp. Đây là một thách thức rất lớn, nhưng chúng tôi đã chứng minh được một vật liệu có thể biến điều đó thành hiện thực. Chúng tôi hy vọng sẽ nhận được tài trợ và sự hợp tác từ ngành để theo đuổi nghiên cứu của mình.”
Thời gian đăng: 05-05-2021