Mūsdienu dzīve griežas ap datiem, kas nozīmē, ka mums ir nepieciešami jauni, ātri un enerģiju taupoši veidi, kā lasīt un rakstīt datus glabāšanas ierīcēs. Attīstoties magnētiskā materiāla optiskās komutācijas (AOS) tehnoloģijai, optiskā metode, kas izmanto lāzera impulsu izmantošanu magnētu vietā, lai rakstītu datus, pēdējos desmit gados ir guvusi ievērojamu uzmanību. Lai arī AOS tehnoloģija ir ātra un energoefektīva, tai ir problēmas ar precizitāti. Pētnieki Eindhovenas Tehnoloģiju universitātē Nīderlandē ir izgudrojuši jaunu metodi, kurā kā atsauce tiek izmantoti feromagnētiski materiāli, lai ar lāzera impulsiem precīzi ierakstītu datus kobalta-gadolīnija (Co / Gd) slānī. Viņu pētījumi tika publicēti Nature Communications.
Cietie diski un citas ierīces ar magnētiskiem materiāliem glabā datus datora bitu veidā. Parasti datus nolasa un ieraksta cietajā diskā, pārvietojot materiālu ar nelielu magnētu. Tomēr, tā kā pieprasījums pēc datu iegūšanas, patēriņa, piekļuves un glabāšanas turpina pieaugt, ir ievērojams pieprasījums pēc ātrākām un energoefektīvākām metodēm piekļuvei, datu glabāšanai un reģistrēšanai.
Magnētisko materiālu pilnoptiskā komutācija (AOS) ir daudzsološa ātruma un energoefektivitātes ziņā. Pilnīgi optiskais slēdzis izmanto femtosekundes lāzera impulsus, lai mainītu magnētiskās griešanās virzienu pikosekundē. Datu rakstīšanai var izmantot divus mehānismus: vairāku impulsu un viena impulsa pārslēgšanas slēdži. Vairāku impulsu slēdžā grieziena galīgais virziens ir determinēts, kas nozīmē, ka to var iepriekš noteikt ar gaismas polarizāciju. Tomēr šim mehānismam parasti ir vajadzīgi vairāki lāzeri, kas samazina rakstīšanas ātrumu un efektivitāti.
No otras puses, viena impulsa rakstīšanas ātrums būs daudz lielāks, taču viena impulsa pilnīgi optiskā slēdža pētījumi liecina, ka viena impulsa pārslēgšana ir slīdošs process. Tas nozīmē, ka, lai mainītu noteikta magnētiskā bita stāvokli, ir vajadzīgas iepriekšējas zināšanas par bitu. Citiem vārdiem sakot, pirms pārrakstīšanas ir jāizlasa BIT stāvoklis, kas ievada lasīšanas posmu rakstīšanas procesā, tādējādi ierobežojot ātrumu.
Labāka metode ir deterministiska viena impulsa pilnīgi optiska komutācijas metode, kurā bita galīgais virziens ir atkarīgs tikai no procesa, ko izmanto bita iestatīšanai un atiestatīšanai. Pašlaik Eindhovenas Tehnoloģiju universitātes Lietišķās fizikas katedras Nanostruktūru grupas pētnieki ir izstrādājuši jaunu metodi, lai panāktu deterministisku viena impulsa rakstīšanu magnētiskos uzglabāšanas materiālos, padarot rakstīšanas procesu precīzāku.
Attēla avots: Eindhovenas Tehnoloģiju universitāte
Savā eksperimentā Eindhovenas Tehniskās universitātes pētnieki projektēja rakstīšanas sistēmu, kas sastāv no trim slāņiem - feromagnētiskā atsauces slāņa, kas izgatavots no kobalta un niķeļa, kas palīdz vai novērš brīvo slāni brīvajā slānī. Rotācijas slēdzis, vadošs vara (Cu) starplikas slānis vai spraugas slānis un optiski pārslēdzams Co / Gd brīvais slānis. Salikta slāņa biezums ir mazāks par 15 nm.
Pēc femtosekunžu lāzera ierosmes atskaites slānis tiek demagnetizēts mazāk nekā 1 pikosekundē. Tad daļa no zaudētā leņķiskā impulsa, kas saistīts ar centrifugēšanu atsauces slānī, tiek pārveidota par griešanās strāvu, ko pārvadā elektrons. Pagriezieni strāvā ir vienā virzienā ar griezieniem atsauces slānī.
Šī centrifūgas strāva tad pārvietojas no atsauces slāņa caur vara starplikas slāni (baltā bultiņa attēlā) uz brīvo slāni, kur tā var palīdzēt vai novērst grieziena pārslēgšanos brīvajā slānī. Tas ir atkarīgs no atsauces slāņa un brīvā slāņa relatīvā griešanās virziena.
Mainot lāzera enerģiju, rodas divi stāvokļi. Pirmkārt, virs sliekšņa, galīgo griešanās virzienu brīvajā slānī pilnībā nosaka atskaites slānis; otrais, pārsniedzot augstāku slieksni, tiek novērota pārslēgšanās. Pētnieki ir parādījuši, ka šos divus mehānismus var izmantot, lai precīzi ierakstītu brīvā slāņa griešanās stāvokli, neņemot vērā tā sākotnējo stāvokli rakstīšanas procesā. Šis atklājums nodrošina nozīmīgu attīstību mūsu datu glabāšanas ierīču paplašināšanai nākotnē.