En stark, kort ljuspuls kan registrera data på ett magnetiskt lager av yttriumjärngranat dopat med kojoner. Detta upptäcktes av forskare från Radboud University i Nederländerna och Bialystok University i Polen. Den nya mekanismen överträffar befintliga alternativ, möjliggör den snabbaste läs-skriv-magnetiska inspelningen tillsammans med en aldrig tidigare skådad låg värmelast. Forskningen rapporterades i Natur den 18 januari 2017.

Pålitlig, billig och snabb dataregistrering kommer att vara lika avgörande för 2000 -talets ekonomi som olja var för 1900 -talets. Magnetisk inspelning fungerar ganska bra i det avseendet, men datacenter blir överhettade på grund av den kraftiga ökningen av efterfrågan på molnlagring - tänk på omfattningen av Facebook och WhatsApp -trafik. Det krävs mycket energi för att kyla serverprocessorer. värmeassisterad magnetisk inspelning, eller HAMR, den senaste innovationen inom magnetisk inspelning, kommer inte att lösa detta problem. Tvärtom, den använder värmen från en laserpuls för att påskynda inspelningsprocessen. Av denna anledning, supersnabb magnetisk inspelning som inte producerar värme och som inte behöver elektromagneter är den heliga graalen för aktuell grundläggande och tillämpad forskning om magnetism.

Exotisk idé fungerar

Forskare från Radboud University har experimenterat med sätt att använda energin från en ljuspuls för att manipulera magneter i mer än ett decennium. Professor Theo Rasing och hans kollegor publicerade sina första resultat i en artikel från 2007 i den internationella tidskriften Vetenskap .

Problemet med deras första fynd var att inspelningsmekanismen förlitade sig på laserinducerad uppvärmning som nådde temperaturer nära den så kallade Curie-temperaturen, över vilken den magnetiska ordningen förstörs. Inspelningen via uppvärmning och partiell förstörelse av den magnetiska ordningen hämmade allvarligt potentiella tillämpningar. Uppvärmning påverkar ett inspelningsmediums termiska stabilitet negativt, begränsar upprepningsfrekvensen med kyltiden, och begränsar inspelningstätheten på grund av värmediffusion.

Spinn-bana interaktion

Att hantera uppvärmningsproblemet kräver ett medium med låg optisk absorption. För metaller med många fria elektroner, absorptionen av ljus - och därmed upphettning av materialet - är oundviklig. Det betyder att för att minska värmen, ett dielektriskt material krävs. För denna studie, forskarna valde yttrium järn granat (YIG) - en av modellens magnetiska dielektrik i grundläggande och tillämpad forskning. Det är omöjligt att registrera information genom ljus på normal YIG. Men för att öka dess känslighet för optisk excitation, forskarna dopade det med kojoner. Samjoner är kända för den starka kopplingen av magnetmoment till elektronens orbitalrörelse (så kallad spin-orbit-interaktion). Ljus kan effektivt förändra elektronernas orbitalrörelse i jonerna och därmed påverka magnetismen. Experimenten motsvarade helt forskarnas förväntningar. De fann att i den Co-substituerade granatfilmen, en enda linjärt polariserad femtosekundlaserpuls främjar växling av snurr mellan olika tillstånd.

"Genom att ändra polariseringen av laserpulsen, vi styr deterministiskt nettomagnetiseringen i granaten - vi skriver 0 och 1 magnetiska bitar efter behag, "säger fysikern Alexey Kimel från Radboud University." Denna mekanism överträffar befintliga alternativ, tillåter den snabbaste magnetiska skrivläsningsinspelningen någonsin, lägre än tjugo pico-sekunder, åtföljs av en oöverträffad låg värmebelastning. "Kimel hade problem med att få finansiering för detta projekt eftersom hans idé ansågs vara för exotisk för att fungera. Publikationen i Natur bevisar att han hade rätt från början.

Gäller i datacenter och superdatorer

Att använda ljus för magnetisk koppling på granatfilm kommer troligen inte att tillämpas på persondatorer. "Teknologiklyftan mellan lagring på metall och granatkristall är för stor, "Alexey Kimel tror." Men det kan vara ett intressant alternativ för stordatalager för Google och Facebook och liknande. En annan möjlig användning kan vara dataregistrering vid mycket låga temperaturer. Superledande elektronik och kvantdatorer saknar ett snabbt minnessystem som kan spela in vid temperaturer under 10 Kelvin (-263 grader Celsius). Ända tills nu, detta var ett allvarligt hinder för supraledande datoranvändning."