Ultrahurtig magnetisk omskiftning med potentiale til at transformere fiberoptisk kommunikation

Forskere ved CRANN og Trinity's School of Physics har opdaget, at et nyt materiale kan fungere som en superhurtig magnetisk switch.

Når den rammes af successive ultrakorte laserpulser, viser den "toggle switching", der kan øge kapaciteten i det globale fiberoptiske kabelnet med en størrelsesorden.

Udvidelse af internettets kapacitet

Skift mellem to tilstande - 0 og 1 - er grundlaget for digital teknologi og internetets rygrad. Langt de fleste af alle de data, vi downloader, gemmes magnetisk i enorme datacentre over hele verden, forbundet med et netværk af optiske fibre.

Hindringer for yderligere fremskridt med internettet er tredobbelte, specifikt hastigheden og energiforbruget af de halvledende eller magnetiske switches, der behandler og gemmer vores data og fiberoptisk netværks kapacitet til at håndtere det.

Den nye opdagelse af ultrahurtig skifteomskiftning ved hjælp af laserlys på spejllignende film af en legering af mangan, ruthenium og gallium kendt som MRG kunne hjælpe med alle tre problemer.

Lys giver ikke kun en stor fordel, når det kommer til hastighed, men magnetiske kontakter behøver ikke strøm for at opretholde deres tilstand. Vigtigere, de giver nu udsigt til hurtig tidsdomæne-multiplexering af det eksisterende fibernet, hvilket kunne gøre det i stand til at håndtere ti gange så mange data.

Videnskaben bag magnetisk omskiftning

Arbejder i fotoniklaboratoriet hos CRANN, Trinity's nanoscience research center, Dr. Chandrima Banerjee og Dr. Jean Besbas brugte ultrahurtige laserpulser, der varer kun hundrede femtosekunder (ti tusind milliarder af et sekund) til at skifte magnetisering af tynde film af MRG frem og tilbage. Magnetiseringsretningen kan pege enten ind eller ud af filmen.

For hver på hinanden følgende laserpuls, den vender pludselig sin retning. Hver puls menes at opvarme elektronerne i MRG med et øjeblik, 000 grader, hvilket fører til en vending af dens magnetisering. Opdagelsen af ​​ultrahurtig skift af MRG er netop blevet offentliggjort i førende internationalt tidsskrift, Naturkommunikation .

Dr. Karsten Rode, Seniorforsker i "Magnetism and Spin Electronics Group" i Trinity's School of Physics, antyder, at opdagelsen bare markerer begyndelsen på en spændende ny forskningsretning.

Dr. Rode sagde:"Vi har meget arbejde at gøre for fuldt ud at forstå atomer og elektroners adfærd i et fast stof, der er langt fra ligevægt på en femtosekunders tidsskala. Især hvordan kan magnetisme ændre sig så hurtigt, mens man adlyder den fysiske grundlov, der siger, at vinkelmomentet skal bevares? I ånden i vores spintronics -team, vi vil nu indsamle data fra nye pulserende laserforsøg på MRG, og andre materialer, for bedre at forstå disse dynamikker og forbinde det ultrahurtige optiske respons med elektronisk transport. Vi planlægger eksperimenter med ultrahurtige elektroniske pulser for at teste hypotesen om, at startskiftet er rent termisk. "

Næste år, Chandrima vil fortsætte sit arbejde på University of Haifa, Israel, med en gruppe, der kan generere endnu kortere laserpulser. Treenighedsforskerne, ledet af Karsten, planlægge et nyt fælles projekt med samarbejdspartnere i Holland, Frankrig, Norge og Schweiz, rettet mod at bevise begrebet ultrahurtigt, tidsdomæne-multiplexering af fiberoptiske kanaler.