Ljus är det mest energieffektiva sättet att flytta information. Än, ljus visar en stor begränsning:det är svårt att lagra. I själva verket, datacenter förlitar sig främst på magnetiska hårddiskar. Dock, på dessa hårddiskar, information överförs till en energikostnad som numera exploderar. Forskare vid Institute of Photonic Integration vid Eindhoven University of Technology (TU/e) har utvecklat en "hybridteknik" som visar fördelarna med både ljus och magnetiska hårddiskar.

Ultra-korta (femtosekund) ljuspulser gör att data kan skrivas direkt i ett magnetiskt minne på ett snabbt och mycket energieffektivt sätt. Dessutom, så snart informationen är skriven (och lagrad), det går framåt och lämnar utrymme till tomma minnesdomäner som ska fyllas i med ny data. Denna forskning, publicerad i Naturkommunikation , lovar att revolutionera processen för datalagring i framtida fotoniska integrerade kretsar.

Data lagras på hårddiskar i form av 'bitar', små magnetiska domäner med en nord- och en sydpol. Polernas riktning ('magnetisering'), bestämmer om bitarna innehåller en digital 0 eller en 1. Skrivning av data uppnås genom att 'växla' riktningen för magnetiseringen av de associerade bitarna.

Syntetiska ferrimagneter

Konventionellt, växlingen sker när ett externt magnetfält appliceras, vilket skulle tvinga polernas riktning antingen upp (1) eller ner (0). Alternativt, omkoppling kan uppnås genom applicering av en kort (femtosekund) laserpuls, som kallas all-optisk omkoppling, och resulterar i en mer effektiv och mycket snabbare lagring av data.

Mark Lalieu, Ph.D. kandidat vid Applied Physics Department of TU/e:'Heloptisk växling för datalagring har varit känd i ungefär ett decennium. När all-optisk omkoppling först observerades i ferromagnetiska material-bland de mest lovande materialen för magnetiska minnesenheter-fick detta forskningsfält ett stort uppsving '. Dock, omkopplingen av magnetiseringen i dessa material kräver flera laserpulser och, Således, långa dataskrivtider.

Lagra data tusen gånger snabbare

Lalieu, under ledning av Reinoud Lavrijsen och Bert Koopmans, kunde uppnå all-optisk omkoppling i syntetiska ferrimagneter-ett materialsystem som är mycket lämpligt för spintroniska datatillämpningar-med hjälp av enstaka femtosekundlaserpulser, vilket utnyttjar den höga hastigheten för dataskrivning och minskad energiförbrukning.

Så hur jämför sig all-optisk omkoppling med modern magnetisk lagringsteknik? Lalieu:"Omkopplingen av magnetiseringsriktningen med en-puls-all-optisk omkoppling är i storleksordningen picosekunder, vilket är ungefär 100 till 1000 gånger snabbare än vad som är möjligt med dagens teknik. Dessutom, eftersom den optiska informationen lagras i magnetiska bitar utan behov av energikostig elektronik, det har en enorm potential för framtida användning i fotoniska integrerade kretsar. "

"On-the-fly" dataskrivning

Dessutom, Lalieu integrerade all-optisk omkoppling med det så kallade racerbaneminnet-en magnetisk tråd genom vilken data, i form av magnetiska bitar, transporteras effektivt med hjälp av en elektrisk ström. I detta system, magnetiska bitar skrivs kontinuerligt med ljus, och omedelbart transporteras längs tråden av den elektriska strömmen, lämnar utrymme för att tömma magnetbitar och, Således, ny data som ska lagras.

Koopmans:"Denna" on the fly "-kopiering av information mellan ljus och magnetiska banor, utan några mellanliggande elektroniska steg, är som att hoppa ur ett rörligt höghastighetståg till ett annat. Från en 'fotonisk Thalys' till en 'magnetisk ICE', utan mellanstopp. Du kommer att förstå den enorma hastighetsökningen och minskningen av energiförbrukningen som kan uppnås på detta sätt ".

Denna forskning utfördes på mikrometriska trådar. I framtiden, mindre enheter i nanometerskalan bör utformas för bättre integration på chips. Dessutom, arbetar mot den slutliga integrationen av den fotoniska minnesenheten, gruppen Physics of Nanostructure är för närvarande också upptagen med utredningen om avläsning av (magnetiska) data, vilket också kan göras optiskt.