Moderne liv dreier seg om data, noe som betyr at vi trenger nye, raske og energibesparende måter å lese og skrive data på lagringsenheter på. Med utviklingen av magnetisk materiale alloptisk veksling (AOS) teknologi, den optiske metoden for å bruke laserpulser i stedet for magneter for å skrive data har fått betydelig oppmerksomhet i det siste tiåret. Selv om den er rask og energieffektiv, har AOS-teknologien problemer med nøyaktighet. Forskere ved Eindhoven University of Technology i Nederland har oppfunnet en ny metode som bruker ferromagnetiske materialer som en referanse til nøyaktig å skrive data inn i kobolt-gadolinium (Co / GD) lag med laserpulser. Deres forskning ble publisert i Nature Communications.
Magnetiske materialer i harddisker og andre enheter lagrer data i form av databiter. Tradisjonelt leses og skrives data til harddisken ved å flytte en liten magnet på materialet. Men etter hvert som etterspørselen etter dataproduksjon, forbruk, tilgang og lagring fortsetter å øke, er det en betydelig etterspørsel etter raskere og mer energieffektive metoder for tilgang til, lagring og registrering av data.
Alloptisk veksling (AOS) av magnetiske materialer er en lovende metode når det gjelder hastighet og energieffektivitet. Den optiske bryteren bruker femtosecond laserpulser for å endre retningen på det magnetiske spinnet på picosekundskalaen. To mekanismer kan brukes til å skrive data: multi-puls og single-pulse vekslebrytere. I en multi-puls bryter er den endelige retningen av spinnet deterministisk, noe som betyr at det kan bestemmes på forhånd ved polarisering av lyset. Denne mekanismen krever imidlertid vanligvis flere lasere, noe som reduserer hastigheten og effektiviteten til å skrive.
På den annen side vil skrivehastigheten med én puls være mye raskere, men forskningen på den enpuls alloptiske bryteren viser at enkeltpulsvekslingen er en glidende prosess. Dette betyr at for å endre tilstanden til en bestemt magnetisk bit krever forkunnskaper om bitt. Med andre ord, tilstanden til BIT må leses før den kan overskrives, noe som introduserer en lesefase til skriveprosessen, og dermed begrense hastigheten.
En bedre metode er den deterministiske enpuls alloptiske koblingsmetoden, der den endelige retningen på biten bare avhenger av prosessen som brukes til å stille inn og tilbakestille bittet. I dag har forskere i Nanostructure Group ved Institutt for anvendt fysikk ved Eindhoven University of Technology utviklet en ny metode for å oppnå deterministisk enkeltpulsskriving i magnetiske lagringsmaterialer, noe som gjør skriveprosessen mer presis.
Bildekilde: Eindhoven teknologiske universitet
I sitt eksperiment designet forskere fra Eindhoven University of Technology et skrivesystem bestående av tre lag-et ferromagnetisk referanselag laget av kobolt og nikkel, noe som hjelper eller forhindrer det frie laget i det frie laget. Roterende bryter, et ledende kobber (Cu) avstandslag eller gaplag, og et optisk utskiftbart Co / Gd fritt lag. Tykkelsen på komposittlaget er mindre enn 15 nm.
Når begeistret av femtosecond laser, referanselaget er demagnetisert i mindre enn 1 picosecond. Noe av det tapte vinkelmomentet forbundet med spinnet i referanselaget omdannes deretter til en spinnstrøm som bæres av elektronet. Spinnene i strømmen er i samme retning som spinnene i referanselaget.
Denne spinnstrømmen beveger seg deretter fra referanselaget gjennom kobber avstandslaget (den hvite pilen i figuren) til det frie laget, hvor det kan hjelpe eller forhindre spin-bytte i det frie laget. Dette avhenger av referanselagets relative spin-retning og det frie laget.
Endring av laserenergi vil føre til to tilstander. Først, over en terskel, bestemmes den endelige spinnretningen i det frie laget helt av referanselaget; andre, over en høyere terskel, observeres bytte. Forskere har vist at disse to mekanismene kan brukes til å nøyaktig skrive spin-tilstanden til det frie laget uten å vurdere sin opprinnelige tilstand under skriveprosessen. Denne oppdagelsen gir en viktig utvikling for vår fremtidige utvidelse av datalagringsenheter.