Forskare vid CRANN och Trinity's School of Physics har upptäckt att ett nytt material kan fungera som en supersnabb magnetomkopplare.

När den träffas av på varandra följande ultrakorta laserpulser uppvisar den "toggle switching" som kan öka kapaciteten hos det globala fiberoptiska kabelnätet med en storleksordning.

Utöka kapaciteten på internet

Att växla mellan två tillstånd — 0 och 1 — är grunden för digital teknik och ryggraden i internet. Den stora majoriteten av all data vi laddar ner lagras magnetiskt i enorma datacenter över hela världen, sammanlänkade av ett nätverk av optiska fibrer.

Hindren för ytterligare framsteg med internet är trefaldiga, specifikt hastigheten och energiförbrukningen för de halvledande eller magnetiska switcharna som bearbetar och lagrar vår data och det fiberoptiska nätverkets kapacitet att hantera det.

Den nya upptäckten av ultrasnabb vippväxling med laserljus på spegelliknande filmer av en legering av mangan, rutenium och gallium som kallas MRG kan hjälpa till med alla tre problemen.

Inte bara ger ljus en stor fördel när det kommer till hastighet utan magnetiska strömbrytare behöver ingen ström för att bibehålla sitt tillstånd. Mer viktigt, de erbjuder nu möjlighet till snabb tidsdomänmultiplexering av det befintliga fibernätet, vilket skulle kunna göra det möjligt för den att hantera tio gånger så mycket data.

Vetenskapen bakom magnetisk omkoppling

Arbetar i fotoniklaboratoriet på CRANN, Trinitys forskningscenter för nanovetenskap, Dr Chandrima Banerjee och Dr Jean Besbas använde ultrasnabba laserpulser som varar bara hundra femtosekunder (en tiotusen miljarddels sekund) för att växla magnetiseringen av tunna filmer av MRG fram och tillbaka. Magnetiseringens riktning kan peka antingen in eller ut ur filmen.

Med varje efterföljande laserpuls, den vänder plötsligt sin riktning. Varje puls tros tillfälligt värma upp elektronerna i MRG med cirka 1, 000 grader, vilket leder till att dess magnetisering vänds. Upptäckten av ultrasnabb vippväxling av MRG har just publicerats i en ledande internationell tidskrift, Naturkommunikation .

Dr Karsten Rode, Senior forskare i "Magnetism and Spin Electronics Group" vid Trinity's School of Physics, tyder på att upptäckten bara markerar början på en spännande ny forskningsriktning.

Dr Rode sa:"Vi har mycket arbete att göra för att till fullo förstå beteendet hos atomer och elektroner i ett fast ämne som är långt ifrån jämvikt på en femtosekunds tidsskala. I synnerhet, hur kan magnetism förändras så snabbt samtidigt som man följer fysikens grundläggande lag som säger att rörelsemängden måste bevaras? I andan av vårt spintronics-team, vi kommer nu att samla in data från nya pulsade laserexperiment på MRG, och andra material, för att bättre förstå denna dynamik och koppla den ultrasnabba optiska responsen med elektronisk transport. Vi planerar experiment med ultrasnabba elektroniska pulser för att testa hypotesen att vippomkopplingens ursprung är rent termiskt."

Nästa år, Chandrima kommer att fortsätta sitt arbete vid universitetet i Haifa, Israel, med en grupp som kan generera ännu kortare laserpulser. Trinity-forskarna, leds av Karsten, planera ett nytt gemensamt projekt med samarbetspartners i Nederländerna, Frankrike, Norge och Schweiz, syftar till att bevisa konceptet ultrasnabb, tidsdomänmultiplexering av fiberoptiska kanaler.