Genom att använda ultrakorte ljuspulser möjliggör extremt ekonomisk omkoppling av en magnet från en stabil orientering (röd pil) till en annan (vit pil). Detta koncept möjliggör ultrasnabb informationslagring med en aldrig tidigare skådad energieffektivitet. Upphovsman:© Brad Baxley (parttowhole.com)
Supersnabb databehandling med hjälp av ljuspulser istället för elektricitet har skapats av forskare.
Uppfinningen använder magneter för att registrera datordata som förbrukar praktiskt taget noll energi, lösa dilemmat om hur man skapar snabbare databehandlingshastigheter utan de medföljande höga energikostnaderna.
Dagens datacenterservrar förbrukar mellan 2 till 5% av den globala elförbrukningen, producerar värme som i sin tur kräver mer kraft för att kyla servrarna.
Problemet är så akut att Microsoft till och med har nedsänkt hundratals av sina datacenterstjänster i havet i ett försök att hålla dem svala och sänka kostnaderna.
De flesta data kodas som binär information (0 respektive 1) genom orienteringen av små magneter, kallas snurrar, i magnetiska hårddiskar. Det magnetiska läs-/skrivhuvudet används för att ställa in eller hämta information med hjälp av elektriska strömmar som avlägsnar enorma mängder energi.
Nu ett internationellt team som publicerar i Natur har löst problemet genom att ersätta elektricitet med extremt korta ljuspulser - längden på en biljonedel av en sekund - koncentrerad av speciella antenner ovanpå en magnet.
Denna nya metod är supersnabb men så energieffektiv att temperaturen på magneten inte ökar alls.
I teamet ingår Dr. Rostislav Mikhaylovskiy, tidigare vid Radboud University och nu Lancaster University, Stefan Schlauderer, Dr Christoph Lange och professor Rupert Huber från Regensburg University, Professor Alexey Kimel från Radboud University och professor Anatoly Zvezdin från Russian Academy of Sciences.
De demonstrerade denna nya metod genom att pulsera en magnet med ultrakorta ljusuppbrott (varaktigheten av en miljonedel av en sekund i en sekund) vid frekvenser i fjärranfraröd, det så kallade terahertz spektralområdet.
Dock, även de starkaste befintliga källorna till terahertzljuset gav inte tillräckligt starka pulser för att byta orientering av en magnet till dags dato.
Genombrottet uppnåddes genom att använda den effektiva interaktionsmekanismen för koppling mellan snurr och terahertz elektriska fält, som upptäcktes av samma team.
Forskarna utvecklade och tillverkade sedan en mycket liten antenn ovanpå magneten för att koncentrera sig och därigenom förbättra det elektriska ljusfältet. Detta starkaste lokala elektriska fält var tillräckligt för att navigera magnetiseringen av magneten till dess nya orientering på bara en biljonedel av en sekund.
Magnetens temperatur ökade inte alls eftersom denna process kräver energi av endast en kvant av terahertzljuset - en foton - per snurr.
Dr Mikhaylovskiy sa:"Den rekordlåga energiförlusten gör detta tillvägagångssätt skalbart.
Framtida lagringsenheter skulle också utnyttja den utmärkta rumsliga definitionen av antennstrukturer som möjliggör praktiska magnetminnen med samtidigt maximal energieffektivitet och hastighet. "
Han planerar att utföra ytterligare forskning med hjälp av den nya ultrasnabba lasern vid Lancaster University tillsammans med acceleratorer vid Cockroft Institute som kan generera intensiva ljuspulser för att möjliggöra byte av magneter och för att bestämma de praktiska och grundläggande hastighets- och energigränserna för magnetisk inspelning.
