Kehidupan moden berkisar pada data, yang bermaksud kita memerlukan kaedah baru, cepat, dan penjimatan tenaga untuk membaca dan menulis data pada peranti simpanan. Dengan perkembangan teknologi pensuisan semua-optik bahan magnetik (AOS), kaedah optik menggunakan denyutan laser dan bukan magnet untuk menulis data telah mendapat perhatian yang cukup besar dalam satu dekad yang lalu. Walaupun pantas dan cekap tenaga, teknologi AOS mempunyai masalah dengan ketepatan. Penyelidik di Universiti Teknologi Eindhoven di Belanda telah mencipta kaedah baru yang menggunakan bahan feromagnetik sebagai rujukan untuk menulis data secara tepat ke lapisan kobalt-gadolinium (Co / Gd) dengan denyutan laser. Penyelidikan mereka diterbitkan dalam Nature Communications.
Bahan magnet dalam cakera keras dan peranti lain menyimpan data dalam bentuk bit komputer. Secara tradisional, data dibaca dan ditulis ke cakera keras dengan menggerakkan magnet kecil pada bahan. Namun, ketika permintaan untuk produksi, penggunaan, akses dan penyimpanan data terus meningkat, ada permintaan yang besar untuk kaedah yang lebih cepat dan lebih efisien untuk mengakses, menyimpan dan merekam data.
Peralihan semua optik (AOS) bahan magnet adalah kaedah yang menjanjikan dari segi kelajuan dan kecekapan tenaga. Suis serba optik menggunakan denyutan laser femtosecond untuk mengubah arah putaran magnet pada skala picosecond. Dua mekanisme boleh digunakan untuk menulis data: suis togol multi-denyut dan denyut tunggal. Dalam suis multi-nadi, arah akhir putaran adalah deterministik, yang bermaksud ia dapat ditentukan terlebih dahulu oleh polarisasi cahaya. Walau bagaimanapun, mekanisme ini biasanya memerlukan banyak laser, yang mengurangkan kelajuan dan kecekapan penulisan.
Sebaliknya, kelajuan penulisan denyut tunggal akan jauh lebih cepat, tetapi penyelidikan mengenai suis semua optik satu denyut menunjukkan bahawa pensuisan satu denyut tunggal adalah proses gelongsor. Ini bermaksud bahawa untuk mengubah keadaan bit magnet tertentu memerlukan pengetahuan bit sebelumnya. Dengan kata lain, keadaan BIT mesti dibaca sebelum dapat ditimpa, yang memperkenalkan fasa membaca untuk proses penulisan, sehingga membatasi kelajuannya.
Kaedah yang lebih baik adalah kaedah pensuisan semua-optik satu pulsa tunggal, di mana arah akhir bit hanya bergantung pada proses yang digunakan untuk menetapkan dan menetapkan semula bit. Pada masa ini, para penyelidik dalam Kumpulan Nanostruktur Jabatan Fizik Gunaan Universiti Teknologi Eindhoven telah mengembangkan kaedah baru untuk mencapai penulisan single-pulse deterministik dalam bahan penyimpanan magnetik, menjadikan proses penulisan lebih tepat.
Sumber gambar: Universiti Teknologi Eindhoven
Dalam eksperimen mereka, para penyelidik dari Universiti Teknologi Eindhoven merancang sistem penulisan yang terdiri daripada tiga lapisan - lapisan rujukan ferromagnetik yang terbuat dari kobalt dan nikel, yang membantu atau mencegah lapisan bebas di lapisan bebas. Suis putar, lapisan spacer konduktif (Cu) atau lapisan jurang, dan lapisan bebas Co / Gd yang boleh ditukar secara optik. Ketebalan lapisan komposit kurang dari 15 nm.
Setelah teruja dengan laser femtosecond, lapisan rujukan dinagnetkan dalam masa kurang dari 1 picosecond. Sebilangan momentum sudut yang hilang yang berkaitan dengan putaran pada lapisan rujukan kemudian diubah menjadi arus putaran yang dibawa oleh elektron. Putaran dalam arus berada dalam arah yang sama dengan putaran pada lapisan rujukan.
Arus putaran ini kemudian bergerak dari lapisan rujukan melalui lapisan spacer tembaga (anak panah putih dalam gambar) ke lapisan bebas, di mana ia dapat membantu atau mencegah putaran berputar di lapisan bebas. Ini bergantung pada arah putaran relatif lapisan rujukan dan lapisan bebas.
Mengubah tenaga laser akan menyebabkan dua keadaan. Pertama, di atas ambang, arah putaran akhir di lapisan bebas sepenuhnya ditentukan oleh lapisan rujukan; kedua, di atas ambang yang lebih tinggi, peralihan diperhatikan. Penyelidik telah menunjukkan bahawa kedua-dua mekanisme ini dapat digunakan untuk menulis keadaan putaran lapisan bebas dengan tepat tanpa mempertimbangkan keadaan awalnya semasa proses penulisan. Penemuan ini memberikan perkembangan penting bagi pengembangan peranti penyimpanan data kami di masa hadapan.