Magnetisk optagelse med lys og ingen varme på granat

En stærk, kort lyspuls kan registrere data på et magnetisk lag af yttrium jern granat dopet med co-ioner. Dette blev opdaget af forskere fra Radboud University i Holland og Bialystok University i Polen. Den nye mekanisme udkonkurrerer eksisterende alternativer, muliggøre den hurtigste læse-skrive magnetiske optagelse ledsaget af en hidtil uset lav varmebelastning. Undersøgelsen blev rapporteret i Natur den 18. januar 2017.

Pålidelig, billig og hurtig dataregistrering vil være lige så afgørende for økonomien i det 21. århundrede, som olie var for det i det 20. århundrede. Magnetisk optagelse fungerer ganske godt i den henseende, men datacentre bliver overophedet på grund af den kraftige stigning i efterspørgslen efter cloud storage - overvej omfanget af Facebook og WhatsApp -trafik. Der kræves meget energi for at køle serverprocessorer. varmeassisteret magnetisk optagelse, eller HAMR, den nyeste innovation inden for magnetisk optagelse, vil ikke løse dette problem. Tværtimod, den bruger varmen fra en laserpuls til at fremskynde optagelsesprocessen. Af denne grund, superhurtig magnetisk optagelse, der ikke producerer varme og ikke har brug for elektromagneter, er den hellige gral for nuværende grundlæggende og anvendt forskning om magnetisme.

Eksotisk idé virker

Forskere fra Radboud University har eksperimenteret med måder at bruge energien fra en lyspuls til at manipulere magneter i mere end et årti. Professor Theo Rasing og hans kolleger offentliggjorde deres første resultater i en artikel fra 2007 i det internationale tidsskrift Videnskab .

Problemet med deres første fund var, at optagelsesmekanismen var afhængig af laserinduceret opvarmning, der nåede temperaturer tæt på den såkaldte Curie-temperatur, over hvilken den magnetiske orden ødelægges. Optagelsen via opvarmning og delvis ødelæggelse af den magnetiske orden hindrede alvorlige potentielle applikationer. Opvarmning påvirker termisk stabilitet af et optagemedium negativt, begrænser gentagelsesfrekvensen med køletiden, og begrænser optagelsestætheden på grund af varmespredning.

Spin-bane interaktion

For at løse varmeproblemet kræves et medium med lav optisk absorption. For metaller med mange frie elektroner, absorptionen af ​​lys - og dermed opvarmning af materialet - er uundgåelig. Det betyder, at for at reducere opvarmningen, et dielektrisk materiale er påkrævet. Til denne undersøgelse, forskerne valgte yttrium jern granat (YIG) - en af ​​model magnetiske dielektrik i grundlæggende og anvendt forskning. Det er umuligt at registrere information gennem lys på normalt YIG. Men for at øge følsomheden for optisk excitation, forskerne dopede det med Co-ioner. Co-ioner er kendt for den stærke kobling af magnetiske øjeblikke til elektronens orbitale bevægelse (såkaldt spin-orbit-interaktion). Lys kan effektivt ændre orbitalbevægelse af elektronerne i ionerne og dermed påvirke magnetismen. Eksperimenter opfyldte fuldt ud forskernes forventninger. De fandt ud af, at i den Co-substituerede granatfilm, en enkelt lineært polariseret femtosekund laserpuls fremmer skift af spins mellem forskellige tilstande.

"Ved at ændre laserpulsens polarisering, vi styrer deterministisk netmagnetiseringen i granaten - vi skriver 0 og 1 magnetiske bits efter behag, "siger fysiker Alexey Kimel fra Radboud University." Denne mekanisme overgår eksisterende alternativer, muliggøre den hurtigste magnetiske skrive-læse optagelseshændelse nogensinde, lavere end tyve pico-sekunder, ledsaget af en hidtil uset lav varmebelastning. "Kimel havde problemer med at få finansiering til dette projekt, fordi hans idé blev betragtet som for eksotisk til at fungere. Publikationen i Natur beviser, at han havde ret fra starten.

Gælder i datacentre og supercomputere

Brug af lys til magnetisk tænding af granatfilm vil sandsynligvis ikke blive anvendt i personlige computere. "Teknologigabet mellem opbevaring på metal og granatkrystal er for stort, ”Alexey Kimel mener.” Men det kan være en interessant mulighed for store datalagre i Google og Facebook og lignende. En anden mulig anvendelse kan være dataregistrering ved meget lave temperaturer. Superledende elektronik og kvantecomputere mangler et hurtigt hukommelsessystem, der kan optage ved temperaturer under 10 Kelvin (-263 grader Celsius). Indtil nu, dette var en alvorlig hindring for superledende computing. "