Lys kan øge den magnetiske hukommelseshastighed 1000 gange, reducere elforbruget

Internetsøgninger, årti gamle e-mails og on-demand videotilbud hjælper med at bidrage til elforbruget fra Amerikas serverfarme og datacentre, der udgør mere end 2 procent af landets årlige total.

Disse datacentre - der driver millioner af drev og rummer enorme mængder digitale data - bruger omkring 70 milliarder kilowattimer om året energi. En kWh er strøm nok til at holde en smartphone opladet i cirka et år. Til en gennemsnitlig pris på 10 cent pr. KWh, de årlige omkostninger ved al den strøm er omkring $ 7 mia.

Nu går en metode frem, der potentielt kan reducere energiforbruget i magnetiske hukommelsesenheder og forbedre deres hastigheder på Purdue University. Metoden involverer en kombination af spintroniske og fotoniske materialer, hvor ultrakorte laserpulser anvendes til at generere intense magnetfelter til at manipulere magnetiske materialers spinorientering.

"Vi har samlet disse to felter for at få en løsning på et årtier gammelt problem, "sagde Ernesto Marinero, en professor i materialeteknik og el- og computerteknik i Purdues College of Engineering. "Vi ville finde ud af hurtigere måder at skifte magnetisering i spintronic nanoskala -hukommelsesenheder."

Marinero arbejdede sammen med Vlad Shalaev og Alexandra Boltasseva, fotonikeksperter og professorer i Purdue's College of Engineering, at udvikle en ny magneto-fotonisk indsats for at anvende lys til at styre magnetiseringsprocesser til en række forskellige applikationer-hvilket resulterer i ultrahurtige omskiftelige enheder.

"Vi er blandt de første til med succes at udvikle en metode til all-optisk omstilling af nanomagneter på chip i hukommelsesmoduler med høj densitet, "Sagde Marinero.

Denne nye teknologi involverer kollektive elektronbølger, eller plasmoner, udløses, når lys rammer et nanoskala -materiale såsom et metal, der kan opretholde elektronbølgerne. Disse plasmoner genererer intense, ultrakorte magnetfelter ved grænsefladen mellem velovervejet valgte optiske og magnetiske materialer.

Ved at ændre egenskaberne for det indfaldende lys, retningen af ​​det resulterende magnetfelt er omvendt, som muliggør manipulation af den magnetiske orientering i det magnetiske materiale, et kritisk krav til magnetisk informationslagring. Numeriske simuleringer udført af Aveek Dutta, en kandidatstuderende i teknik, forudsige store magnetfeltforbedringer drevet af inducerede plasmon -excitationer.

Purdue -teamets metode indebærer at bruge optikkens kraft, gennem funktioner kaldet lokaliserede overfladeplasmonresonanser, at koble lys til nanomagneter og producere hurtigere spintronic -enheder, der skifter hastigheder og potentielt lavere energiforbrug. Lyset gør det muligt at skifte magnetiseringsretning, nøgleprincippet bag kodning af information digitalt i magnetiske lagerenheder.

"Vi mener, at vores metode i sidste ende kan føre til hukommelsesskrivningshastigheder, der er 1, 000 gange hurtigere end de nuværende, "Et af vores vigtigste områder for succes er at fortsætte med at udvikle materialer, der interagerer med magneterne på en effektiv måde," sagde Marinero.