Сучасне життя обертається даними, а це означає, що нам потрібні нові, швидкі та енергозберігаючі способи для читання та запису даних на пристрої зберігання даних. З розвитком технології всеоптичного перемикання (AOS) магнітного матеріалу оптимічний метод використання лазерних імпульсів замість магнітів для запису даних привернув значну увагу в останнє десятиліття. Хоча швидка та енергоефективна, технологія AOS має проблеми з точністю. Дослідники Ейндховенського технологічного університету в Нідерландах винайшли новий метод, який використовує феромагнітні матеріали як орієнтир для точного запису даних у шар кобальту-гадолінію (Co / Gd) з лазерними імпульсами. Їх дослідження були опубліковані в Nature Communications.
Магнітні матеріали на жорстких дисках та інших пристроях зберігають дані у вигляді комп'ютерних бітів. Традиційно дані читаються і записуються на жорсткий диск, переміщуючи невеликий магніт на матеріал. Однак, оскільки попит на виробництво, споживання, доступ та зберігання даних продовжує зростати, існує значний попит на більш швидкі та енергоефективні методи доступу, зберігання та запису даних.
Всеоптичне перемикання (AOS) магнітних матеріалів є перспективним методом з точки зору швидкості та енергоефективності. Всеоптичний вимикач використовує фемтосекундні лазерні імпульси для зміни напрямку магнітного спіна за пікосекундною шкалою. Для запису даних можна використовувати два механізми: багатоімпульсні та одноімпульсні тумблери. У багатоімпульсному вимикачі кінцевий напрямок віджиму є детермінованим, а це означає, що його можна заздалегідь визначити за допомогою поляризації світла. Однак для цього механізму зазвичай потрібні кілька лазерів, що знижує швидкість та ефективність запису.
З іншого боку, швидкість запису з одним імпульсом буде набагато швидшою, але дослідження одноімпульсного всеоптичного перемикача показує, що одноімпульсне перемикання є процесом ковзання. Це означає, що для зміни стану конкретного магнітного біта потрібні попередні знання про біт. Іншими словами, стан BIT повинен бути прочитаний перед його перезаписом, що вводить фазу читання в процес запису, тим самим обмежуючи швидкість.
Кращим методом є детермінований одно-імпульсний всеоптичний метод комутації, де кінцевий напрям біта залежить лише від процесу, який використовується для встановлення та скидання біта. В даний час дослідники групи з наноструктури кафедри прикладної фізики Ейндховенського технологічного університету розробили новий метод досягнення детермінованого одноімпульсного запису в магнітних накопичувальних матеріалах, що робить процес написання більш точним.
Джерело зображення: Ейндховенський технологічний університет
У своєму експерименті дослідники Ейндховенського технологічного університету розробили письмову систему, що складається з трьох шарів - феромагнітного опорного шару, виготовленого з кобальту та нікелю, який допомагає або запобігає вільному шару у вільному шарі. Поворотний вимикач, електропровідний мідний (Cu) розпірний шар або шар зазору і оптично перемикається шар / Gd вільний шар. Товщина композитного шару менше 15 нм.
Після збудження фемтосекундним лазером опорний шар розмагнічується менше ніж 1 пікосекунда. Частина втраченого імпульсу кута, пов'язаного зі спіном у опорному шарі, потім перетворюється на спіновий струм, що здійснюється електроном. Закрутки в струмі проходять в тому ж напрямку, що і оберти в опорному шарі.
Потім цей спіновий струм переміщується від опорного шару через шар мідного проміжку (біла стрілка на малюнку) до вільного шару, де він може допомогти або запобігти переключенню віджиму у вільному шарі. Це залежить від відносного напрямку віджиму опорного шару та вільного шару.
Зміна енергії лазера спричинить два стани. По-перше, вище порогового значення, кінцевий напрямок віджиму у вільному шарі повністю визначається еталонним шаром; по-друге, вище вищого порогу спостерігається перемикання. Дослідники показали, що ці два механізми можна використовувати для точного запису стану віджиму вільного шару, не враховуючи його початкового стану під час запису. Це відкриття забезпечує важливу розробку для нашого майбутнього розширення пристроїв зберігання даних.