Det moderne liv drejer sig om data, hvilket betyder, at vi har brug for nye, hurtige og energibesparende måder at læse og skrive data på lagerenheder. Med udviklingen af magnetisk materiale al-optisk switching (AOS) teknologi, har den optiske metode til at bruge laserimpulser i stedet for magneter til at skrive data modtaget betydelig opmærksomhed i det sidste årti. Selvom hurtig og energieffektiv, har AOS-teknologi problemer med nøjagtighed. Forskere ved Eindhoven University of Technology i Holland har opfundet en ny metode, der bruger ferromagnetiske materialer som reference til nøjagtigt at skrive data i cobalt-gadolinium (Co / Gd) -laget med laserpulser. Deres forskning blev offentliggjort i Nature Communications.
Magnetiske materialer i harddiske og andre enheder gemmer data i form af computerbits. Traditionelt læses og skrives data til harddisken ved at flytte en lille magnet på materialet. Da efterspørgslen efter dataproduktion, forbrug, adgang og opbevaring fortsætter med at stige, er der en betydelig efterspørgsel efter hurtigere og mere energieffektive metoder til adgang, lagring og registrering af data.
All-optisk switching (AOS) af magnetiske materialer er en lovende metode med hensyn til hastighed og energieffektivitet. Den altoptiske switch bruger femtosecond laserpulser til at ændre retningen af den magnetiske spin i picosecond skalaen. To mekanismer kan bruges til at skrive data: multipuls- og enkeltpuls-switches. I en multipuls-switch er den endelige retning af drejningen deterministisk, hvilket betyder, at den kan bestemmes på forhånd ved polarisering af lyset. Imidlertid kræver denne mekanisme normalt flere lasere, hvilket reducerer skrivningens hastighed og effektivitet.
På den anden side vil skrivehastigheden med en enkelt puls være meget hurtigere, men undersøgelsen af en-puls all-optisk switch viser, at en-puls-omskiftning er en glideproces. Dette betyder, at for at ændre tilstanden for en specifik magnetisk bit kræves forudgående viden om biten. Med andre ord skal tilstanden for BIT læses, før den kan overskrives, hvilket introducerer en læse-fase til skriveprocessen og derved begrænser hastigheden.
En bedre metode er den deterministiske enkeltpuls-alloptiske skiftemetode, hvor bitens endelige retning kun afhænger af den proces, der bruges til at indstille og nulstille biten. På nuværende tidspunkt har forskere i Nanostructure Group ved Institut for Anvendt Fysik ved Eindhoven University of Technology udviklet en ny metode til at opnå deterministisk enkeltpulsskrivning i magnetiske lagermaterialer, hvilket gør skriveprocessen mere præcis.
Billedkilde: Eindhoven University of Technology
I deres eksperiment designede forskere fra Eindhoven University of Technology et skriftsystem bestående af tre lag - et ferromagnetisk referencelag lavet af kobolt og nikkel, som hjælper eller forhindrer det frie lag i det frie lag. Rotationsafbryder, et ledende kobber (Cu) afstandslag eller spaltlag og et optisk omskifteligt Co / Gd-frit lag. Tykkelsen af det sammensatte lag er mindre end 15 nm.
Når det er begejstret for femtosecond-laseren, afmagnetiseres referencelaget på mindre end 1 picosekund. Noget af det tabte vinkelmoment, der er forbundet med spin i referencelaget, omdannes derefter til en spinstrøm, der bæres af elektronet. Spins i strømmen er i samme retning som spin i referencelaget.
Denne spinstrøm bevæger sig derefter fra referencelaget gennem kobberafstandslaget (den hvide pil i figuren) til det frie lag, hvor det kan hjælpe eller forhindre spinomskiftning i det frie lag. Dette afhænger af den relative spinretning af referencelaget og det frie lag.
Ændring af laserenergi vil medføre to tilstande. Først, over en tærskel, bestemmes den endelige spinretning i det frie lag fuldstændigt af referencelaget; for det andet over en højere tærskel observeres switching. Forskere har vist, at disse to mekanismer kan bruges til nøjagtigt at skrive spin-tilstanden i det frie lag uden at overveje dets oprindelige tilstand under skriveprocessen. Denne opdagelse er en vigtig udvikling for vores fremtidige udvidelse af datalagringsenheder.