Det moderna livet kretsar kring data, vilket betyder att vi behöver nytt, snabb, och energieffektiva metoder för att läsa och skriva data på våra lagringsenheter. Optiskt baserade metoder, som använder laserpulser för att skriva data istället för magneter, har fått stor uppmärksamhet under det senaste decenniet efter utvecklingen av all-optisk omkoppling (AOS) för magnetiska material. Även om det är snabbt och energieffektivt, AOS har problem med precision. Forskare vid Eindhoven tekniska universitet har tagit fram en ny metod för att exakt skriva data till ett kobolt-gadolinium (Co/Gd) lager med en laserpuls med hjälp av ett ferromagnetiskt material som referens för att hjälpa till med skrivprocessen. Deras forskning publiceras i Naturkommunikation .
Magnetiska material i hårddiskar och andra enheter lagrar data som datorbitar, dvs 0s och 1s, i magnetiska snurr orienterade antingen uppåt eller nedåt. Traditionellt, data läses från och skrivs till en hårddisk genom att flytta en liten magnet över materialet. Dock, med efterfrågan på dataproduktion, konsumtion, tillgång, och lagring ständigt ökar, det finns stor efterfrågan på snabbare och mer energieffektiva metoder för åtkomst, Lagra, och registrera data.
Behovet av deterministisk enkelpuls AOS
Heloptisk omkoppling (AOS) av magnetiska material är en lovande metod när det gäller hastighet och energieffektivitet. AOS använder femtosekundlaserpulser för att byta orientering av magnetiska snurr i picosekundskalan. Två mekanismer kan användas för att skriva data:multipelpuls och enkelpulsväxling. Vid flera pulsväxlingar, den sista orienteringen av snurrarna (dvs. upp eller ner) är deterministisk, vilket betyder att det kan bestämmas i förväg genom ljusets polarisering. Dock, denna mekanism kräver vanligtvis flera lasrar, vilket sänker skrivhastigheten och effektiviteten.
Å andra sidan, en enda puls för att skriva skulle vara mycket snabbare, men studier på enkelpuls AOS visar att växling är en växlingsprocess. Detta betyder att för att ändra tillståndet för en specifik magnetbit, förkunskaper om biten behövs. Med andra ord, bitens tillstånd måste läsas först innan det kan skrivas över, som introducerar ett lässteg till skrivprocessen, och begränsar därmed hastigheten.
Ett bättre tillvägagångssätt skulle vara en deterministisk enkelpuls AOS -metod, där den slutliga riktningen för en bit bara beror på processen som används för att ställa in och återställa biten. Nu, forskare från gruppen Physics of Nanostructures vid Institutionen för tillämpad fysik vid TU/e har visat ett nytt tillvägagångssätt som kan uppnå deterministisk enkelpulsskrivning i magnetiska lagringsmaterial, gör skrivprocessen mycket mer exakt.
Betydelsen av referens- och distanslager
För deras experiment, TU/e -forskarna utformade ett skrivsystem som består av tre lager - ett ferromagnetiskt referenslager tillverkat av kobolt och nickel som hjälper eller förhindrar centrifugering i det fria lagret, en ledande koppar (Cu) distans eller mellanrumsskikt, och ett optiskt omkopplingsbart Co/Gd -fritt lager. Tjockleken på de kombinerade skikten är mindre än 15 nm.
En gång upphetsad av en femtosekundlaser, referensskiktet avmagnetiseras på mindre än en pikosekund. En del av det förlorade vinkelmomentet som är associerat med snurr i referenslagret omvandlas sedan till en spinnström som bärs av elektroner. Snurren i strömmen är i linje med centrifugeringsorienteringen i referenslagret.
Denna centrifugeringsström flyttas sedan från referenslagret genom Cu -distanslagret (se vita pilar i bilden) till det fria lagret där det kan hjälpa eller förhindra centrifugering i det fria lagret. Detta beror på den relativa centrifugeringsorienteringen för referens- och fria lager.
Att variera laserenergin leder till två regimer. Först, över en tröskel, de sista centrifugeringsorienteringarna i det fria lagret bestäms helt av referenslagret, och andra, över en högre tröskel, växlingsomkoppling observeras. Forskarna har visat att dessa två regimer tillsammans kan användas för korrekt skrivning av spinntillstånden i det fria lagret utan att redogöra för dess ursprungliga tillstånd under skrivprocessen. Denna upptäckt utgör en viktig framsteg för att öka våra framtida datalagringsenheter.
