Det moderna livet kretsar kring data, vilket innebär att vi behöver nya, snabba och energibesparande sätt att läsa och skriva data på lagringsenheter. Med utvecklingen av AOS-teknik för magnetiskt material har den optiska metoden att använda laserpulser istället för magneter för att skriva data fått stor uppmärksamhet under det senaste decenniet. Även om det är snabbt och energieffektivt har AOS-tekniken problem med noggrannhet. Forskare vid Eindhoven University of Technology i Nederländerna har uppfunnit en ny metod som använder ferromagnetiska material som referens för att noggrant skriva in data i kobolt-gadolinium (Co / Gd) -skiktet med laserpulser. Deras forskning publicerades i Nature Communications.
Magnetmaterial i hårddiskar och andra enheter lagrar data i form av datorbitar. Traditionellt läses och skrivs data till hårddisken genom att flytta en liten magnet på materialet. Eftersom efterfrågan på dataproduktion, konsumtion, åtkomst och lagring fortsätter att öka finns det en betydande efterfrågan på snabbare och mer energieffektiva metoder för åtkomst, lagring och registrering av data.
All-optisk omkoppling (AOS) av magnetiska material är en lovande metod när det gäller hastighet och energieffektivitet. Den helt optiska omkopplaren använder femtosekund laserpulser för att ändra riktningen för den magnetiska snurrningen på picosekundskalan. Två mekanismer kan användas för att skriva data: multipuls- och enkelpulsomkopplare. I en multipulsomkopplare är den slutliga riktningen för vridningen deterministisk, vilket innebär att den kan bestämmas i förväg genom ljusets polarisering. Emellertid kräver denna mekanism vanligtvis flera lasrar, vilket minskar skrivhastigheten och effektiviteten.
Å andra sidan kommer skrivarhastigheten med en enda puls att vara mycket snabbare, men forskningen på enpuls all-optisk switch visar att enkelpulsomkopplingen är en glidande process. Detta betyder att för att ändra tillståndet för en specifik magnetisk bit krävs förkunskaper om biten. Med andra ord måste tillståndet för BIT läsas innan det kan skrivas över, vilket introducerar en läsfas till skrivprocessen och därmed begränsar hastigheten.
En bättre metod är den deterministiska enkelpulsomvandlingsmetoden, där bitens slutliga riktning endast beror på processen som används för att ställa in och återställa biten. För närvarande har forskare i Nanostructure Group vid Institutionen för tillämpad fysik vid Eindhoven University of Technology utvecklat en ny metod för att uppnå deterministisk enkelpulsskrivning i magnetiska lagringsmaterial, vilket gör skrivprocessen mer exakt.
Bildkälla: Eindhoven University of Technology
I sitt experiment designade forskare från Eindhoven University of Technology ett skrivningssystem bestående av tre lager - ett ferromagnetiskt referenslager av kobolt och nickel, vilket hjälper till eller förhindrar det fria lagret i det fria lagret. Rotationsomkopplare, ett ledande koppar (Cu) distanslager eller spaltlager och ett optiskt omkopplingsbart Co / Gd-fritt lager. Det sammansatta skiktets tjocklek är mindre än 15 nm.
När den är upphetsad av femtosekundslasern, avmagnetiseras referenslagret på mindre än 1 picosekund. En del av det förlorade vinkelmomentet som är associerat med snurret i referenslagret omvandlas sedan till en snurrström som bärs av elektronen. Snurrarna i strömmen är i samma riktning som snurrarna i referenslagret.
Denna snurrström flyttar sig sedan från referenslagret genom kopparavståndskiktet (den vita pilen i figuren) till det fria lagret, där det kan hjälpa till eller förhindra vridning av vridning i det fria lagret. Detta beror på referenslagrets och det fria skiktets relativa rotationsriktning.
Ändring av laserenergi kommer att orsaka två tillstånd. Först, över en tröskel, bestäms den slutliga rotationsriktningen i det fria lagret fullständigt av referenslagret; för det andra, över en högre tröskel, observeras omkoppling. Forskare har visat att dessa två mekanismer kan användas för att noggrant skriva spinntillståndet i det fria lagret utan att beakta dess ursprungliga tillstånd under skrivprocessen. Denna upptäckt ger en viktig utveckling för vår framtida expansion av datalagringsenheter.