Næste generation af fotoniske hukommelsesenheder er lysskrevne, ultrahurtig og energieffektiv

Lys er den mest energieffektive måde at flytte information på. Endnu, lys viser én stor begrænsning:det er svært at opbevare. Faktisk, datacentre er primært afhængige af magnetiske harddiske. Imidlertid, på disse harddiske, information overføres til en energiomkostning, der i dag eksploderer. Forskere fra Institute of Photonic Integration ved Eindhoven University of Technology (TU/e) har udviklet en 'hybridteknologi', som viser fordelene ved både lette og magnetiske harddiske.

Ultrakorte (femtosekund) lysimpulser gør det muligt at skrive data direkte i en magnetisk hukommelse på en hurtig og meget energieffektiv måde. I øvrigt, så snart oplysningerne er skrevet (og gemt), den bevæger sig fremad og efterlader plads til tomme hukommelsesdomæner, der skal udfyldes med nye data. Denne forskning, udgivet i Naturkommunikation , lover at revolutionere processen med datalagring i fremtidige fotoniske integrerede kredsløb.

Data gemmes på harddiske i form af 'bits', små magnetiske domæner med en nord- og en sydpol. Retningen af ​​disse poler ("magnetisering"), bestemmer om bits indeholder et digitalt 0 eller et 1. Skrivning af data opnås ved at 'skifte' retningen for magnetiseringen af ​​de tilhørende bits.

Syntetiske ferrimagneter

Konventionelt, skiftet sker, når et eksternt magnetfelt påføres, hvilket ville tvinge retningen af ​​polerne enten op (1) eller ned (0). Alternativt omskiftning kan opnås ved anvendelse af en kort (femtosekund) laserpuls, som kaldes al-optisk switching, og resulterer i en mere effektiv og meget hurtigere lagring af data.

Mark Lalieu, Ph.D. kandidat ved Anvendt Fysisk Institut på TU/e:'Al-optisk kobling til datalagring har været kendt i omkring et årti. Da al-optisk kobling første gang blev observeret i ferromagnetiske materialer - blandt de mest lovende materialer til magnetiske hukommelsesenheder - fik dette forskningsfelt et stort løft'. Imidlertid, omskiftningen af ​​magnetiseringen i disse materialer kræver flere laserimpulser og, dermed, lange dataskrivningstider.

Gemmer data tusind gange hurtigere

Lalieu, under vejledning af Reinoud Lavrijsen og Bert Koopmans, var i stand til at opnå al-optisk switching i syntetiske ferrimagneter – et materialesystem meget velegnet til spintroniske dataapplikationer – ved hjælp af enkelt femtosekund laserimpulser, dermed udnytte den høje hastighed af dataskrivning og reduceret energiforbrug.

Så hvordan er al-optisk switching sammenlignet med moderne magnetiske lagringsteknologier? Lalieu:"Omskiftningen af ​​magnetiseringsretningen ved hjælp af den enkeltpulsede optiske omskiftning er i størrelsesordenen picosekunder, hvilket er omkring 100 til 1000 gange hurtigere end hvad der er muligt med nutidens teknologi. I øvrigt, da den optiske information er lagret i magnetiske bits uden behov for energi-dyr elektronik, det rummer et enormt potentiale for fremtidig brug i fotoniske integrerede kredsløb."

'On-the-fly' dataskrivning

Ud over, Lalieu integrerede alt-optisk switching med den såkaldte racerbanehukommelse – en magnetisk ledning, hvorigennem data, i form af magnetiske bits, transporteres effektivt ved hjælp af en elektrisk strøm. I dette system, magnetiske bits skrives kontinuerligt ved hjælp af lys, og straks transporteret langs ledningen af ​​den elektriske strøm, efterlader plads til at tømme magnetiske bits og, dermed, nye data, der skal gemmes.

Koopmans:"Denne 'on the fly' kopiering af information mellem lette og magnetiske racerbaner, uden nogen mellemliggende elektroniske trin, er som at hoppe ud af et kørende højhastighedstog til et andet. Fra en 'fotonisk Thalys' til en 'magnetisk ICE', uden mellemstop. Du vil forstå den enorme stigning i hastighed og reduktion i energiforbruget, der kan opnås på denne måde".

Denne forskning blev udført på mikrometriske ledninger. I fremtiden, mindre enheder i nanometerskalaen bør designes til bedre integration på chips. Ud over, arbejder hen imod den endelige integration af den fotoniske hukommelsesenhed, Physics of Nanostructure-gruppen har i øjeblikket også travlt med undersøgelsen af ​​udlæsningen af ​​de (magnetiske) data, hvilket også kan gøres helt optisk.