Moderní život se točí kolem dat, což znamená, že potřebujeme nové, rychlé a energeticky úsporné způsoby, jak číst a zapisovat data na paměťová zařízení. S rozvojem technologie all-optického přepínání (AOS) magnetického materiálu byla v posledním desetiletí věnována značná pozornost optickému způsobu použití laserových pulzů místo magnetů pro zápis dat. Ačkoli je technologie AOS rychlá a energeticky efektivní, má problémy s přesností. Vědci z Eindhoven University of Technology v Nizozemsku vynalezli novou metodu, která používá feromagnetické materiály jako odkaz k přesnému zápisu dat do kobalt-gadoliniové (Co / Gd) vrstvy s laserovými pulzy. Jejich výzkum byl publikován v Nature Communications.
Magnetické materiály na pevných discích a jiných zařízeních ukládají data ve formě počítačových bitů. Data se tradičně čtou a zapisují na pevný disk pohybem malého magnetu na materiálu. Protože však poptávka po produkci, spotřebě, přístupu a ukládání dat neustále roste, existuje značná poptávka po rychlejších a energeticky účinnějších metodách přístupu, ukládání a záznamu dat.
Celooptické přepínání (AOS) magnetických materiálů je slibnou metodou z hlediska rychlosti a energetické účinnosti. All-optický přepínač používá femtosekundové laserové pulzy ke změně směru magnetického spinu na pikosekunděné stupnici. K zápisu dat lze použít dva mechanismy: přepínače s více impulzy a přepínání s jedním impulzem. U vícepulzového spínače je konečný směr točení deterministický, což znamená, že jej lze předem určit polarizací světla. Tento mechanismus však obvykle vyžaduje více laserů, což snižuje rychlost a efektivitu zápisu.
Na druhou stranu bude rychlost jednopulzního zápisu mnohem rychlejší, ale výzkum jednopulzního všeoptického přepínače ukazuje, že přepínání s jedním impulsem je posuvný proces. To znamená, že změna stavu specifického magnetického bitu vyžaduje předchozí znalost bitu. Jinými slovy, stav BIT musí být přečten, než může být přepsán, což zavádí fázi čtení do procesu zápisu, čímž omezuje rychlost.
Lepší metodou je deterministická metoda jednoho optického přepínání všech impulzů, kde konečný směr bitu závisí pouze na procesu použitém k nastavení a resetování bitu. V současné době vědci ve skupině Nanostructure na Katedře aplikované fyziky Eindhoven University of Technology vyvinuli novou metodu k dosažení deterministického jednopulzového zápisu v magnetických paměťových materiálech, což zpřesňuje proces psaní.
Zdroj obrázku: Eindhoven University of Technology
V jejich experimentu vědci z Eindhoven University of Technology navrhli psací systém skládající se ze tří vrstev - feromagnetické referenční vrstvy vyrobené z kobaltu a niklu, který pomáhá nebo zabraňuje volné vrstvě ve volné vrstvě. Otočný přepínač, vodivá měděná (Cu) distanční vrstva nebo mezera, a opticky přepínatelná vrstva bez Co / Gd. Tloušťka kompozitní vrstvy je menší než 15 nm.
Jakmile je excitován femtosekundovým laserem, je referenční vrstva demagnetizována za méně než 1 pikosekundu. Část ztraceného momentu hybnosti spojeného se spinem v referenční vrstvě se poté převede na spinový proud nesený elektronem. Otáčení v proudu jsou ve stejném směru jako otočení v referenční vrstvě.
Tento točivý proud se pak pohybuje z referenční vrstvy přes měděnou mezerník (bílá šipka na obrázku) k volné vrstvě, kde může pomoci nebo zabránit přepínání spinu ve volné vrstvě. To závisí na relativním směru otáčení referenční vrstvy a volné vrstvy.
Změna laserové energie způsobí dva stavy. Za prvé, nad prahem, je konečný směr odstřeďování ve volné vrstvě zcela určen referenční vrstvou; za druhé, nad vyšší prahovou hodnotou je pozorováno přepínání. Vědci prokázali, že tyto dva mechanismy lze použít k přesnému zápisu stavu rotace volné vrstvy bez ohledu na její počáteční stav během procesu psaní. Tento objev poskytuje důležitý vývoj pro naše budoucí rozšíření zařízení pro ukládání dat.