Forskare vid CRANN (Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices), och School of Physics vid Trinity College Dublin, meddelade idag att ett magnetiskt material som utvecklats vid centret visar den snabbaste magnetiska omkopplingen som någonsin registrerats.

Teamet använde femtosekundlasersystem i Photonics Research Laboratory på CRANN för att byta och sedan byta om den magnetiska orienteringen av deras material i biljoner sekunder av en sekund, sex gånger snabbare än föregående rekord, och hundra gånger snabbare än klockhastigheten för en persondator.

Denna upptäckt visar materialets potential för en ny generation energieffektiva ultrasnabba datorer och datalagringssystem.

Forskarna uppnådde sina oöverträffade kopplingshastigheter i en legering som heter MRG, först syntetiserades av gruppen 2014 från mangan, rutenium och gallium. I experimentet, laget slog tunna filmer av MRG med utbrott av rött laserljus, levererar megawatt på mindre än en miljarddels sekund.

Värmeöverföringen växlar den magnetiska orienteringen av MRG. Det tar en ofattbart snabb tiondel av en pikosekund för att uppnå denna första förändring (1 ps =en biljondel av en sekund). Men, mer viktigt, laget upptäckte att de kunde byta orientering igen 10 biljoner tiondelar av en sekund senare. Detta är den snabbaste omkopplingen av en magnets orientering som någonsin observerats.

Deras resultat publiceras i veckan i den ledande fysiktidskriften, Fysiska granskningsbrev .

Upptäckten kan öppna nya vägar för innovativ dator- och informationsteknik, med tanke på vikten av magnetiska material i denna industri. Dold i många av våra elektroniska enheter, liksom i de storskaliga datacenterna i hjärtat av internet, magnetiska material läser och lagrar data. Den nuvarande informationsexplosionen genererar mer data och förbrukar mer energi än någonsin tidigare. Hitta nya energieffektiva sätt att manipulera data, och material som matchar, är en världsomspännande forskningsuppgift.

Nyckeln till Trinity -teamens framgång var deras förmåga att uppnå den ultrasnabba växlingen utan något magnetfält. Traditionell omkoppling av en magnet använder en annan magnet, som kostar både när det gäller energi och tid. Med MRG uppnåddes omkopplingen med en värmepuls, använder materialets unika interaktion med ljus.

Treenighetsforskarna Jean Besbas och Karsten Rode diskuterar en väg av forskningen:

"Magnetiska material har i sig ett minne som kan användas för logik. Hittills har växla från ett magnetiskt tillstånd 'logiska 0, 'till en annan' logisk 1, 'har varit för energihungrig och för långsam. Vår forskning tar upp hastigheten genom att visa att vi kan växla MRG från ett tillstånd till ett annat på 0,1 pikosekunder och avgörande att en andra omkopplare bara kan följa 10 pikosekunder senare, motsvarande en driftsfrekvens på ~ 100 gigahertz - snabbare än något som observerats tidigare.

"Upptäckten belyser den speciella förmågan hos vårt MRG att effektivt koppla ihop ljus och snurr så att vi kan styra magnetism med ljus och ljus med magnetism på hittills ouppnåeliga tidsskalor."

Kommenterar sitt lags arbete, Professor Michael Coey, Trinity's School of Physics och CRANN, sa, "År 2014 när mitt team och jag först meddelade att vi hade skapat en helt ny legering av mangan, rutenium och gallium, känd som MRG, vi misstänkte aldrig att materialet hade denna anmärkningsvärda magneto-optiska potential.

"Denna demonstration kommer att leda till nya enhetskoncept baserade på ljus och magnetism som kan dra nytta av kraftigt ökad hastighet och energieffektivitet, kanske i slutändan förverkliga en enda universell enhet med kombinerat minne och logisk funktionalitet. Det är en stor utmaning, men vi har visat ett material som kan göra det möjligt. Vi hoppas kunna säkra finansiering och branschsamarbete för att fortsätta vårt arbete. "