Magnetisk materiale slår superhurtig skifterekord

Forskere ved CRANN (The Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices), og School of Physics ved Trinity College Dublin, annoncerede i dag, at et magnetisk materiale udviklet på centret demonstrerer den hurtigste magnetiske omskiftning, der nogensinde er registreret.

Holdet brugte femtosekund-lasersystemer i Photonics Research Laboratory på CRANN til at skifte og derefter omskifte den magnetiske orientering af deres materiale i billioner af et sekund, seks gange hurtigere end den tidligere rekord, og hundrede gange hurtigere end clockhastigheden på en personlig computer.

Denne opdagelse demonstrerer materialets potentiale for en ny generation af energieffektive ultrahurtige computere og datalagringssystemer.

Forskerne opnåede deres hidtil usete skiftehastigheder i en legering kaldet MRG, først syntetiseret af gruppen i 2014 fra mangan, ruthenium og gallium. I forsøget holdet ramte tynde film af MRG med udbrud af rødt laserlys, leverer megawatt strøm på mindre end en milliardtedel af et sekund.

Varmeoverførslen skifter den magnetiske orientering af MRG. Det tager en ufattelig hurtig tiendedel af et picosekund at opnå denne første ændring (1 ps =en trilliontedel af et sekund). Men, vigtigere, holdet opdagede, at de kunne skifte orienteringen tilbage igen 10 billiontedele af et sekund senere. Dette er den hurtigste omskiftning af en magnets orientering, der nogensinde er observeret.

Deres resultater er offentliggjort i denne uge i det førende fysiktidsskrift, Fysisk gennemgangsbreve .

Opdagelsen kan åbne nye veje for innovativ computer- og informationsteknologi, givet betydningen af ​​magnetiske materialer i denne industri. Skjult i mange af vores elektroniske enheder, såvel som i de store datacentre i hjertet af internettet, magnetiske materialer læser og gemmer dataene. Den aktuelle informationseksplosion genererer flere data og bruger mere energi end nogensinde før. At finde nye energieffektive måder at manipulere data på, og materialer der passer til, er en verdensomspændende forskningsoptagethed.

Nøglen til Trinity-holdenes succes var deres evne til at opnå det ultrahurtige skift uden noget magnetisk felt. Traditionel skift af en magnet bruger en anden magnet, som kommer til omkostninger i form af både energi og tid. Med MRG blev skiftet opnået med en varmepuls, gør brug af materialets unikke samspil med lys.

Trinity-forskerne Jean Besbas og Karsten Rode diskuterer en vej til forskningen:

"Magnetiske materialer har i sagens natur hukommelse, der kan bruges til logik. Indtil videre, skift fra en magnetisk tilstand 'logisk 0, ' til en anden 'logisk 1'er, ' har været for energikrævende og for langsom. Vores forskning adresserer hastighed ved at vise, at vi kan skifte MRG fra én tilstand til en anden på 0,1 picosekunder og afgørende, at en anden switch kun kan følge 10 picosekunder senere, svarende til en operationel frekvens på ~ 100 gigahertz - hurtigere end noget tidligere observeret.

"Opdagelsen fremhæver vores MRG's særlige evne til effektivt at koble lys og spin, så vi kan kontrollere magnetisme med lys og lys med magnetisme på hidtil uopnåelige tidsskalaer."

Kommenterer hans teams arbejde, Professor Michael Coey, Trinity's School of Physics og CRANN, sagde, "I 2014, da mit team og jeg første gang annoncerede, at vi havde skabt en helt ny legering af mangan, ruthenium og gallium, kendt som MRG, vi havde aldrig mistanke om, at materialet havde dette bemærkelsesværdige magneto-optiske potentiale.

"Denne demonstration vil føre til nye enhedskoncepter baseret på lys og magnetisme, der kan drage fordel af stærkt øget hastighed og energieffektivitet, måske i sidste ende realisere en enkelt universel enhed med kombineret hukommelse og logik funktionalitet. Det er en kæmpe udfordring, men vi har vist et materiale, der kan gøre det muligt. Vi håber at sikre finansiering og industrisamarbejde for at fortsætte vores arbejde."