Kaasaegne elu keerleb andmete ümber, mis tähendab, et vajame uusi, kiireid ja energiasäästlikke viise salvestusseadmetele andmete lugemiseks ja kirjutamiseks. Tänu magnetiliste optiliste lülituste (AOS) tehnoloogia arengule on viimase kümnendi jooksul pälvinud märkimisväärset tähelepanu optiline meetod, mille abil andmete kirjutamiseks kasutatakse magneti asemel laserimpulsse. Ehkki AOS-tehnoloogia on kiire ja energiasäästlik, on selle täpsusega probleeme. Hollandi Eindhoveni tehnikaülikooli teadlased on leiutanud uue meetodi, milles kasutatakse võrdlusmaterjalina ferromagnetilisi materjale, et laserimpulssidega andmed täpselt koobalt-gadoliiniumi (Co / Gd) kihti kirjutada. Nende uurimistöö avaldati ajakirjas Nature Communications.
Kõvaketastes ja muudes seadmetes olevad magnetilised materjalid salvestavad andmeid arvutibittide kujul. Traditsiooniliselt loetakse ja kirjutatakse andmeid kõvakettale, liigutades materjali peal väikest magneti. Kuna aga nõudlus andmete tootmise, tarbimise, juurdepääsu ja säilitamise järele kasvab jätkuvalt, on märkimisväärne nõudlus kiirema ja energiatõhusama meetodi järele, kuidas andmeid juurde pääseda, säilitada ja salvestada.
Magnetmaterjalide optiline lülitamine (AOS) on kiiruse ja energiatõhususe osas paljutõotav meetod. Kõik optiline lüliti kasutab femtosekundilisi laserimpulsse, et muuta magnetilise keerutuse suunda pikosekundi skaalal. Andmete kirjutamiseks saab kasutada kahte mehhanismi: mitme impulsi ja ühe impulsiga lülituslülitid. Mitmeimpulssse lüliti korral on spinni lõplik suund determinantne, mis tähendab, et selle saab eelnevalt valguse polarisatsiooni abil kindlaks määrata. See mehhanism nõuab tavaliselt aga mitut laserit, mis vähendab kirjutamise kiirust ja tõhusust.
Teisest küljest on ühe impulsi kirjutamiskiirus palju kiirem, kuid ühe impulsiga optilise lüliti uuringud näitavad, et ühe impulsi lülitamine on libisev protsess. See tähendab, et konkreetse magnetibiti oleku muutmiseks on vaja bitist eelteadmisi. Teisisõnu, enne BIT-i ülekirjutamist tuleb lugeda BIT-i olekut, mis tutvustab kirjutamisprotsessi lugemisfaasi, piirates sellega kiirust.
Parem meetod on deterministlik ühe impulsiga optiline lülitusmeetod, kus biti lõplik suund sõltub ainult biti seadistamiseks ja lähtestamiseks kasutatavast protsessist. Praegu on Eindhoveni tehnikaülikooli rakendusfüüsika osakonna nanostruktuurigrupi teadlased välja töötanud uue meetodi, et saavutada magnetilistes mälumaterjalides deterministliku ühe impulsiga kirjutamine, muutes kirjutamisprotsessi täpsemaks.
Pildi allikas: Eindhoveni tehnikaülikool
Eindhoveni tehnikaülikooli teadlased konstrueerisid oma katses kolmest kihist koosneva kirjutamissüsteemi - koobaltist ja niklist koosneva ferromagnetilise võrdluskihi, mis aitab või takistab vaba kihi moodustumist. Pöördlüliti, juhtiv vase (Cu) vahekiht või vahekiht ja optiliselt lülitatav Co / Gd vaba kiht. Komposiitkihi paksus on alla 15 nm.
Kui femtosekundiline laser erutab, demagneeritakse võrdluskiht vähem kui ühe pikosekundi jooksul. Osa konverteeritud nurkkiirusest, mis on seotud spiraaliga võrdluskihis, muundatakse seejärel spinni vooluks, mida elektron kannab. Voolu keerutused on samas suunas kui võrdluskihi keerud.
Seejärel liigub see tsentrifuugvool võrdluskihist läbi vasest vahekihi (joonisel valge nool) vaba kihti, kus see võib aidata või vältida spinni ümberlülitumist vabas kihis. See sõltub võrdluskihi ja vaba kihi suhtelisest pöörlemissuunast.
Laserienergia muutmine põhjustab kahte olekut. Esiteks, üle läve, määratakse võrdluskihi abil täielikult lõplik keerutuse suund vabas kihis; teiseks, kõrgema läve kohal, täheldatakse ümberlülitumist. Teadlased on näidanud, et neid kahte mehhanismi saab kasutada vaba kihi tsentrifuugi oleku täpseks kirjutamiseks, arvestamata selle algseisundit kirjutamisprotsessi ajal. See avastus pakub olulist arengut meie andmesalvestusseadmete laiendamiseks tulevikus.