"Az optogenetikai kölcsönhatások fizikáját szerettük volna tanulmányozni" - mondta Rahul Jangid, aki a projekt adatelemzését vezette, miközben megszerezte Ph.D. fokozatát. anyagtudományban és mérnöki szakon Roopali Kukreja, az UC Davis egyetemi docense irányításával. "Mi történik, ha egy nagyon rövid lézerimpulzussal eltalál egy mágneses tartományt?"
A tartomány a mágnesen belüli terület, amely az északi pólusról a déli pólusra fordul. Ez a tulajdonság adattárolásra szolgál, például számítógép merevlemez-meghajtóiban.
Jangid és munkatársai azt találták, hogy amikor egy mágnest impulzuslézer ér, a ferromágneses rétegben a tartomány falai körülbelül 66 kilométer/s sebességgel mozognak, ami körülbelül 100-szor gyorsabb, mint a korábban feltételezett sebességhatár.
Az ilyen sebességgel mozgó tartományfalak drámai módon befolyásolhatják az adatok tárolását és feldolgozását, gyorsabb, stabilabb memóriát biztosítva és csökkentve a spintronikai eszközök, például a merevlemez-meghajtók energiafogyasztását, amelyek mágneses fémek több rétegében elektron spineket használnak a tároláshoz. feldolgozni vagy továbbítani az információkat.
"Senki sem gondolja, hogy ezek a falak ilyen gyorsan mozoghatnak, mert el kellene érniük a határaikat" - mondta Jangid. – Teljesen banánnak hangzik, de igaz. Ez a "banán" a Walker-lebontási jelenség miatt, amely szerint a tartományfalakat csak adott sebességgel lehet addig tolni, amíg ténylegesen le nem omlanak és megállnak. Ez a tanulmány azonban bizonyítékot szolgáltat arra, hogy a lézerek használhatók a tartományfalak korábban ismeretlen sebességgel történő meghajtására.
Míg a legtöbb személyes eszköz, például laptopok és mobiltelefonok gyorsabb flash meghajtókat használnak, az adatközpontok olcsóbb, lassabb merevlemezeket használnak. Azonban minden alkalommal, amikor egy kis információ feldolgozásra vagy átfordításra kerül, a meghajtók sok energiát égetnek el azáltal, hogy mágneses mező segítségével hőt vezetnek át a tekercseken. Ha a meghajtók lézerimpulzusokat tudnának használni a mágneses rétegeken, akkor az eszközök alacsonyabb feszültségen működnének, és a bitfordításhoz szükséges energia jelentősen csökkenne.
A jelenlegi előrejelzések szerint 2030-ra az IKT-k a világ energiaigényének 21 százalékát teszik majd ki, hozzájárulva az éghajlatváltozáshoz. Erre a megállapításra Jangid és társszerzői is rávilágítottak az „Extreme Domain Wall Velocities under Ultrafast Optical Excitation” című cikkükben. december 19-én a Physical Review Letters folyóiratban. A felfedezés egy olyan időszakban történt, amikor az energiatakarékos technológiák keresése kritikus fontosságú.
A kísérlet elvégzéséhez Jangid és munkatársai, köztük a National Institute of Science and Technology kutatói; a Kaliforniai Egyetem, San Diego; a Colorado Egyetem, Colorado Springs; és a Stockholmi Egyetem, az olaszországi Triesztben található szabadelektron-lézerforrást (MFRF) használták.
"A szabad elektron lézer egy őrült létesítmény" - mondta Jangid. "Ez egy 2-mérföld hosszú vákuumcső, amelyből egy maroknyi elektront felgyorsítasz fénysebességre, végül megforgatod őket, hogy olyan fényes röntgensugarakat hozzanak létre, hogy ha nem vigyázol, A mintát el lehet párologtatni, úgy, hogy a Földre eső összes napfényt egy fillérre fókuszáljuk – ennyi fotonfluxusunk van a szabadelektronos lézernél.
A Ferminél a csoport röntgensugarakat használt annak mérésére, hogy mi történik, amikor több kobalt-, vas- és nikkelrétegű nanoméretű mágneseket femtoszekundumos impulzusok gerjesztenek. A femtoszekundumot a másodperc 10-től mínusz tizenötödik részéig vagy a másodperc milliárdod részeként határozzák meg.
"Több femtoszekundum van egy másodpercben, mint amennyi nap a világegyetem korában" - mondta Jangid. "Ezek nagyon kicsi, rendkívül gyors mérések, és nehéz felkapni a fejét."
Jangid elemzi az adatokat, és azt találta, hogy ezek az ultragyors lézerimpulzusok gerjesztik a ferromágneses réteget, ami a tartomány falainak mozgását okozza. Az alapján, hogy milyen gyorsan mozognak ezek a tartományfalak, a tanulmány azt sugallja, hogy ezekultragyors lézerAz impulzusok körülbelül 1,000-szer gyorsabban képesek váltani a tárolt információbiteket, mint a ma használt mágneses mező vagy spin-áram alapú módszerek.
A technika távolról sem praktikus, mert a jelenlegi lézerek sok energiát fogyasztanak. Jangid azonban azt állítja, hogy a kompakt lemezek által használt lézerek és CD-lejátszók által használt információk tárolására használt eljárásokhoz hasonló eljárások működhetnek a jövőben.
A következő lépések közé tartozik azoknak a mechanizmusoknak a fizikai tulajdonságainak további feltárása, amelyek lehetővé teszik a korábban ismert határok feletti ultragyors tartományfal sebességet, valamint a tartományfal mozgásának leképezését. Ez a kutatás az UC Davisben folytatódik Kukreja vezetésével. Jangid jelenleg hasonló kutatásokat végez a National Synchrotron Light Source 2-ben a Brookhaven National Laboratory-ban.
"Az ultragyors jelenségeknek sok olyan aspektusa van, amelyeket most kezdünk megérteni" - mondta Jangid. "Szeretném megválaszolni azokat a megoldatlan kérdéseket, amelyek feltárhatják a kis teljesítményű spintronika, az adattárolás és az információfeldolgozás átalakuló fejlődését."
Bővebben itt:
