Moderný život sa točí okolo údajov, čo znamená, že potrebujeme nové, rýchle a energeticky úsporné spôsoby čítania a zápisu údajov na pamäťové zariadenia. S rozvojom technológie optického prepínania magnetických materiálov (AOS) sa v poslednom desaťročí optická metóda použitia laserových impulzov namiesto magnetov na zapisovanie údajov venovala značná pozornosť. Aj keď je technológia AOS rýchla a energeticky efektívna, má problémy s presnosťou. Vedci z Eindhoven University of Technology v Holandsku vynašli novú metódu, ktorá využíva feromagnetické materiály ako referenciu na presné zapisovanie údajov do vrstvy kobalt-gadolínia (Co / Gd) laserovými pulzmi. Ich výskum bol publikovaný v Nature Communications.
Magnetické materiály na pevných diskoch a iných zariadeniach ukladajú údaje vo forme počítačových bitov. Údaje sa tradične čítajú a zapisujú na pevný disk pohybom malého magnetu na materiál. Keďže však dopyt po produkcii, spotrebe, prístupe a ukladaní údajov neustále rastie, existuje značný dopyt po rýchlejších a energeticky účinnejších metódach prístupu, ukladania a zaznamenávania údajov.
All-optické prepínanie (AOS) magnetických materiálov je sľubná metóda, pokiaľ ide o rýchlosť a energetickú účinnosť. All-optický prepínač používa femtosekundové laserové impulzy na zmenu smeru magnetického točenia v pikosekunde. Na zapisovanie údajov možno použiť dva mechanizmy: prepínače s viacerými impulzmi a prepínače s jedným impulzom. V multipulzovom impulznom spínači je konečný smer točenia deterministický, čo znamená, že sa dá vopred určiť polarizáciou svetla. Tento mechanizmus však zvyčajne vyžaduje viac laserov, čo znižuje rýchlosť a efektívnosť zápisu.
Na druhej strane, rýchlosť zápisu jedného impulzu bude omnoho rýchlejšia, ale výskum na jednom impulze všetkých optických prepínačov ukazuje, že prepínanie jedným impulzom je proces kĺzania. To znamená, že zmena stavu špecifického magnetického bitu vyžaduje predchádzajúcu znalosť bitu. Inými slovami, stav BIT sa musí prečítať skôr, ako sa môže prepísať, čo zavádza fázu čítania do procesu zápisu, čím sa obmedzuje rýchlosť.
Lepšou metódou je deterministická metóda s jedným impulzom pre všetky optické prepínanie, kde konečný smer bitu závisí iba od procesu použitého na nastavenie a resetovanie bitu. V súčasnosti vedci zo skupiny Nanostructure na Katedre aplikovanej fyziky Eindhoven University of Technology vyvinuli novú metódu na dosiahnutie deterministického jednopulzového zápisu v magnetických úložných materiáloch, čo spresňuje proces písania.
Zdroj obrázku: Eindhoven University of Technology
Vo svojom experimente vedci z Eindhoven University of Technology navrhli systém písania pozostávajúci z troch vrstiev - feromagnetickej referenčnej vrstvy vyrobenej z kobaltu a niklu, ktorá pomáha alebo bráni voľnej vrstve vo voľnej vrstve. Rotačný spínač, vodivá medená (Cu) dištančná vrstva alebo medzerová vrstva a opticky prepínateľná vrstva bez Co / Gd. Hrúbka kompozitnej vrstvy je menšia ako 15 nm.
Po excitácii femtosekundovým laserom sa referenčná vrstva demagnetizuje za menej ako 1 pikosekundu. Časť strateného momentu hybnosti spojená so spinom v referenčnej vrstve sa potom prevedie na spinový prúd prenášaný elektrónom. Točenie v prúde je v rovnakom smere ako točenie v referenčnej vrstve.
Tento odstredivý prúd sa potom posúva z referenčnej vrstvy cez medenú dištančnú vrstvu (biela šípka na obrázku) k voľnej vrstve, kde môže pomôcť alebo zabrániť prepínaniu spinov vo voľnej vrstve. Závisí to od relatívneho smeru otáčania referenčnej vrstvy a voľnej vrstvy.
Zmena laserovej energie spôsobí dva stavy. Po prvé, nad prahom, je konečný smer odstreďovania vo voľnej vrstve úplne určený referenčnou vrstvou; po druhé, nad vyššou prahovou hodnotou, je pozorované prepínanie. Vedci preukázali, že tieto dva mechanizmy sa môžu použiť na presné zapísanie stavu odstreďovania voľnej vrstvy bez toho, aby sa zvažoval jej počiatočný stav počas procesu zapisovania. Tento objav poskytuje dôležitý vývoj pre naše budúce rozšírenie zariadení na ukladanie údajov.