Съвременният живот се върти около данни, което означава, че се нуждаем от нови, бързи и енергоспестяващи начини за четене и запис на данни на устройства за съхранение. С развитието на технологията за всеоптично превключване (AOS) на магнитни материали, оптичното метод за използване на лазерни импулси вместо магнити за записване на данни получи значително внимание през последното десетилетие. Въпреки че е бърза и енергоефективна, AOS технологията има проблеми с точността. Изследователи от Технологичния университет в Айндховен в Холандия са измислили нов метод, който използва феромагнитни материали като еталон, за да запише точно данните в слоя кобалт-гадолиний (Co / Gd) с лазерни импулси. Техните изследвания бяха публикувани в Nature Communications.
Магнитните материали в твърди дискове и други устройства съхраняват данни под формата на компютърни битове. По традиция данните се четат и записват на твърдия диск, като се движи малък магнит върху материала. Въпреки това, тъй като търсенето на производство, потребление, достъп и съхранение на данни продължава да нараства, съществува значително търсене на по-бързи и енергийно ефективни методи за достъп, съхранение и запис на данни.
Всеоптичното превключване (AOS) на магнитни материали е обещаващ метод по отношение на скоростта и енергийната ефективност. Всички оптични превключватели използват фемтосекундни лазерни импулси, за да променят посоката на магнитното въртене в пикосекундната скала. За записване на данни могат да се използват два механизма: многоимпулсни и едноимпулсни превключватели. В многоимпулсен превключвател крайната посока на въртенето е детерминирана, което означава, че може да се определи предварително чрез поляризацията на светлината. Този механизъм обаче обикновено изисква множество лазери, което намалява скоростта и ефективността на писане.
От друга страна, скоростта на запис на едноимпулса ще бъде много по-бърза, но изследванията на едно-импулсния оптичен превключвател показват, че едноимпулсното превключване е плъзгащ процес. Това означава, че за промяна на състоянието на конкретен магнитен бит е необходимо предварително познаване на бита. С други думи, състоянието на BIT трябва да бъде прочетено, преди да може да бъде презаписано, което въвежда фаза на четене в процеса на писане, като по този начин ограничава скоростта.
По-добър метод е детерминираният метод с едноимпулсен изцяло оптичен превключвател, където крайната посока на бита зависи само от процеса, използван за задаване и нулиране на бита. Понастоящем изследователи от групата по наноструктури на Катедрата по приложна физика на Техническия университет в Айндховен са разработили нов метод за постигане на детерминирано едноимпулсно писане в материали за магнитно съхранение, което прави процеса на писане по-прецизен.
Източник на снимки: Техническият университет в Айндховен
В своя експеримент изследователи от Технологичния университет в Айндховен проектираха система за писане, състояща се от три слоя - феромагнитен референтен слой, изработен от кобалт и никел, който помага или предотвратява свободния слой в свободния слой. Въртящ се превключвател, проводящ меден (Cu) раздалечителен слой или пролук слой и оптично превключващ се Co / Gd слой. Дебелината на композитния слой е по-малка от 15 nm.
Веднъж възбуден от фемтосекундния лазер, референтният слой се демагнетизира в по-малко от 1 пикосекунда. Част от загубения ъглов импулс, свързан със спина в референтния слой, след това се преобразува в спинов ток, носен от електрона. Завъртанията в тока са в същата посока като завъртанията в референтния слой.
След това този въртящ се ток се премества от референтния слой през медния разделителен слой (бялата стрелка на фигурата) към свободния слой, където може да помогне или да предотврати превключването на въртене в свободния слой. Това зависи от относителната посока на въртене на референтния слой и свободния слой.
Промяната на лазерната енергия ще доведе до две състояния. Първо, над прага, крайната посока на въртене в свободния слой се определя напълно от референтния слой; второ, над по-висок праг се наблюдава превключване. Изследователите показаха, че тези два механизма могат да бъдат използвани за точното записване на състоянието на завъртане на свободния слой, без да се отчита първоначалното му състояние по време на процеса на писане. Това откритие осигурява важно развитие за бъдещото ни разширяване на устройствата за съхранение на данни.