Optisk kontrol af magnetisk hukommelse - Ny indsigt i grundlæggende mekanismer

Dette er et vigtigt fingerpeg for vores teoretiske forståelse af optisk styrede magnetiske datalagringsmedier. Resultaterne er offentliggjort den 25. august i tidsskriftet Videnskabelige rapporter .

Kravene til digitale lagringsmedier er konstant stigende. Hurtigt stigende mængder af data og nye teknologiske applikationer kræver hukommelse, der kan lagre store mængder information på meget lidt plads og tillade, at denne information kan bruges pålideligt med høje adgangshastigheder.

Genskrivbare magnetiske datalagringsenheder, der bruger laserlys, ser ud til at have særligt gode udsigter. Forskere har arbejdet på denne nye teknologi i flere år. "Imidlertid, der er stadig uafklarede spørgsmål om de grundlæggende mekanismer og den nøjagtige måde, hvorpå optisk styrede magnetiske lagerenheder fungerer", siger Dr. Florian Kronast, assisterende leder af afdelingen Materials for Green Spintronics ved Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB).

Et forskerhold ledet af ham er nu lykkedes med at tage et vigtigt skridt mod en bedre forståelse af denne meget lovende lagringsteknologi. Forskerne var for første gang i stand til empirisk at fastslå, at opvarmningen af ​​lagringsmaterialet ved hjælp af laserlysets energi spiller en afgørende rolle, når magnetiseringsjusteringerne skiftes, og at ændringen i materialet kun finder sted under visse forhold.

Foretag præcise målinger i små laserpletter

HZB-forskerne sammen med Freie Universität Berlin og Universität Regensburg studerede de mikroskopiske processer i ekstrem høj opløsning, mens de bestrålede et tyndt lag magnetisk materiale ved hjælp af cirkulært polariseret laserlys. At gøre dette, de rettede lyset fra en infrarød laser mod et nanometertykt lag af legering lavet af metallerne terbium og jern (TbFe). Det særlige ved forsøgsopstillingen var, at den snævert fokuserede plet af laserlys kun havde en diameter på tre mikron. "Det er langt mindre, end det var normalt i tidligere eksperimenter", siger HZB-forsker Ashima Arora, første forfatter til undersøgelsen. Og det gav forskerne en uovertruffen detaljeopløsning til at studere fænomenerne. Billederne af de magnetiske domæner i legeringen, som holdet skabte ved hjælp af røntgenstråler fra BESSY II synkrotronstrålingskilden, afslørede fine træk, som i sig selv kun var 30 nanometer store.

Det afgørende sker i grænseringen

Resultaterne af målingerne viser, at der dannes et ringformet område omkring den lille laserplet og adskiller de to magnetisk kontrasterende domæner fra hinanden. Det eksisterende magnetiseringsmønster inde i ringen slettes fuldstændigt af laserlysets termiske energi. Uden for ringen, imidlertid, det forbliver i sin oprindelige tilstand. Inden for selve grænsezonen, der opstår en temperaturfordeling, der letter en ændring i magnetiseringen ved at forskyde domænegrænserne. "Det er kun der, at omskiftningen af ​​magnetiske egenskaber kan fortsætte, tillade en enhed at gemme genskrivbare data", forklarer Arora.

Overraskende indflydelse af lagtykkelsen

"Disse nye indsigter vil hjælpe med udviklingen af ​​optisk styrede magnetiske lagerenheder med de bedst mulige egenskaber, " efter Kronasts opfattelse. En yderligere effekt bidrager til bedre forståelse af de fysiske processer, der er vigtige i dette fænomen, som forskere ved HZB uventet observerede for første gang. Den måde, hvorpå magnetiseringerne skifter, er meget afhængig af lagtykkelsen af ​​det materiale, der bestråles af laseren. Det ændrer sig over et interval på 10 til 20 nanometers tykkelse.

"Dette er en klar indikation af, at to kontrasterende mekanismer er involveret og konkurrerer med hinanden", Kronast forklarer. Han og hans team mistænker to komplekse fysiske effekter for dette. For at bekræfte deres mistanker, selvom, yderligere empiriske og teoretiske undersøgelser er nødvendige.