Magnet- ja laserkatsete avastused võivad olla energiatõhusa andmesalvestuse õnnistuseks.
"Tahtsime uurida optomagnetiliste interaktsioonide füüsikat," ütles Rahul Jangid, kes juhtis projekti andmeanalüüsi, teenides samal ajal doktorikraadi. materjaliteaduses ja inseneriteaduses UC Davise dotsendi Roopali Kukreja juhtimisel. "Mis juhtub, kui tabate magnetdomeeni väga lühikese laserimpulsiga?"
Domeen on piirkond magnetis, mis pöördub põhjapoolusest lõunapoolusele. Seda atribuuti kasutatakse andmete salvestamiseks, näiteks arvuti kõvaketastes.
Jangid ja tema kolleegid avastasid, et kui magneti tabab impulsslaser, liiguvad domeeniseinad ferromagnetilises kihis kiirusega umbes 66 kilomeetrit sekundis, mis on umbes 100 korda kiirem kui seni arvatud kiiruspiirang.
Sellistel kiirustel liikuvad domeeniseinad võivad märkimisväärselt mõjutada andmete salvestamist ja töötlemist, pakkudes kiiremat ja stabiilsemat mälu ning vähendades spintroonikaseadmete (nt kõvakettadraivid) energiatarbimist, mis kasutavad salvestamiseks elektronide keerlemist mitmes magnetilise metalli kihis. töödelda või edastada teavet.
"Keegi ei arvanud, et need seinad võivad nii kiiresti liikuda, sest nad pidid jõudma oma piiridesse," ütles Jangid. "See kõlab täiesti banaanina, kuid see on tõsi." See on "banaanid" Walkeri lagunemise fenomeni tõttu, mis ütleb, et domeeni seinu saab teatud kiirusega nii kaugele lükata, enne kui need tõhusalt lagunevad ja liikumise lõpetavad. See uuring annab aga tõendeid selle kohta, et lasereid saab kasutada domeeni seinte juhtimiseks varem teadmata kiirusega.
Kui enamik isiklikke seadmeid, nagu sülearvutid ja mobiiltelefonid, kasutavad kiiremaid välkmäluseadmeid, kasutavad andmekeskused odavamaid ja aeglasemaid kõvakettaid. Kuid iga kord, kui natuke teavet töödeldakse või pööratakse, põletavad ajamid palju energiat, kasutades magnetvälja, et juhtida soojust läbi mähiste. Kui ajamid saaksid magnetkihtidel laserimpulsse kasutada, töötaksid seadmed madalama pingega ja bittide ümberpööramiseks vajalik energia väheneks oluliselt.
Praegused prognoosid näitavad, et IKT-d moodustavad 2030. aastaks 21 protsenti maailma energiavajadusest, aidates kaasa kliimamuutustele. Seda järeldust rõhutasid Jangid ja kaasautorid avaldatud dokumendis pealkirjaga "Äärmuslikud domeeniseina kiirused ülikiire optilise ergastuse all". 19. detsembril ajakirjas Physical Review Letters. Avastus tuleb ajal, mil energiasäästlike tehnoloogiate otsimine on kriitilise tähtsusega.
Katse läbiviimiseks Jangid ja tema kaastöötajad, sealhulgas riikliku teadus- ja tehnoloogiainstituudi teadlased; California Ülikool, San Diego; Colorado ülikool, Colorado Springsi ülikool ja Stockholmi ülikool kasutasid Itaalias Triestes asuvat vaba elektronide laserkiirguse multidistsiplinaarset uurimiskeskust.
"Vaba elektronlaser on hull rajatis," ütles Jangid. "See on 2-miili pikkune vaakumtoru, millest võtate peotäie elektrone, kiirendate need valguse kiiruseni ja lõpuks keerate need ümber, et tekitada nii eredaid röntgenikiirgusid, et kui te ei ole ettevaatlik, Mõelge sellele kui kogu Maale langeva päikesevalguse fokuseerimisele sendile – nii palju on meil vabade elektronide laseri footonivoogu.
Fermis kasutas rühm röntgenikiirgust, et mõõta, mis juhtub, kui mitme koobalti-, raua- ja niklikihiga nanomõõtmelised magnetid ergastatakse femtosekundiliste impulssidega. Femtosekund on määratletud kui 10 kuni miinus viieteistkümnendik sekundist või üks miljondik miljardist sekundist.
"Sekundis on rohkem femtosekundeid kui universumi ajastul päevi," ütles Jangid. "Need on väga väikesed, ülikiired mõõtmised ja nendest on raske aru saada."
Jangid analüüsib andmeid ja on leidnud, et just need ülikiired laserimpulssid erutavad ferromagnetilist kihti, põhjustades domeeni seinte liikumist. Nende domeenide seinte liikumise kiiruse põhjal viitab uuring sellele, et need ülikiired laserimpulssid võivad vahetada salvestatud teabebitte umbes 1,000 korda kiiremini kui tänapäeval kasutatavad magnetväljal või spin-voolul põhinevad meetodid.
Tehnika pole kaugeltki praktiline, sest praegused laserid tarbivad palju energiat. Jangid ütleb aga, et tulevikus võiksid toimida protsessid, mis on sarnased nendega, mida kasutavad kompaktkettad teabe salvestamiseks laserite abil ja CD-mängijad teabe esitamiseks laserite abil.
Järgmised sammud hõlmavad mehhanismi füüsiliste omaduste edasist uurimist, mis võimaldab ülikiireid domeeniseina kiirusi üle varem teadaolevate piiride, samuti domeeni seina liikumise pildistamist. See uurimistöö jätkub UC Davises Kukreja juhtimisel. Nüüd viib Jangid sarnaseid uuringuid läbi Brookhaveni riiklikus laboris National Synchrotron Light Source 2.
"Ülikiiretel nähtustel on palju aspekte, millest me alles hakkame aru saama," ütles Jangid. "Ootan innukalt lahendama mõningaid lahendamata küsimusi, mis võiksid avada transformatiivseid edusamme väikese võimsusega spintroonika, andmesalvestuse ja teabetöötluse valdkonnas."
