Οι ανακαλύψεις από πειράματα μαγνήτη και λέιζερ θα μπορούσαν να είναι ένα όφελος για την ενεργειακά αποδοτική αποθήκευση δεδομένων.
«Θέλαμε να μελετήσουμε τη φυσική των οπτομαγνητικών αλληλεπιδράσεων», είπε ο Rahul Jangid, ο οποίος ηγήθηκε της ανάλυσης δεδομένων για το έργο ενώ έλαβε το διδακτορικό του. στην επιστήμη και τη μηχανική υλικών υπό τη διεύθυνση του Roopali Kukreja, αναπληρωτή καθηγητή στο UC Davis. "Τι συμβαίνει όταν χτυπάτε μια μαγνητική περιοχή με έναν πολύ σύντομο παλμό λέιζερ;"
Ένας τομέας είναι μια περιοχή μέσα σε έναν μαγνήτη που γυρίζει από τον βόρειο πόλο στον νότιο πόλο. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται για αποθήκευση δεδομένων, όπως σε μονάδες σκληρού δίσκου υπολογιστή.
Ο Jangid και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι όταν ένας μαγνήτης χτυπηθεί από ένα παλμικό λέιζερ, τα τοιχώματα της περιοχής στο σιδηρομαγνητικό στρώμα κινούνται με περίπου 66 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο, που είναι περίπου 100 φορές πιο γρήγορα από το προηγουμένως θεωρημένο όριο ταχύτητας.
Οι τοίχοι τομέων που κινούνται με τέτοιες ταχύτητες θα μπορούσαν να επηρεάσουν δραματικά τον τρόπο αποθήκευσης και επεξεργασίας δεδομένων, παρέχοντας ταχύτερη, πιο σταθερή μνήμη και μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας των συσκευών spintronic, όπως οι μονάδες σκληρού δίσκου, που χρησιμοποιούν περιστροφές ηλεκτρονίων σε πολλαπλά στρώματα μαγνητικού μετάλλου για αποθήκευση. επεξεργασία ή μετάδοση πληροφοριών.
«Κανείς δεν πίστευε ότι αυτοί οι τοίχοι θα μπορούσαν να κινηθούν τόσο γρήγορα επειδή υποτίθεται ότι έφταναν στα όριά τους», είπε ο Τζανγκίντ. «Ακούγεται απολύτως μπανάνες, αλλά είναι αλήθεια». Είναι "μπανάνες" λόγω του φαινομένου κατάρρευσης του Walker, το οποίο λέει ότι τα τοιχώματα του τομέα μπορούν να ωθηθούν τόσο μακριά μόνο με δεδομένη ταχύτητα προτού ουσιαστικά σπάσουν και σταματήσουν να κινούνται. Ωστόσο, αυτή η μελέτη παρέχει στοιχεία ότι τα λέιζερ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την οδήγηση τοίχων τομέα σε άγνωστες προηγουμένως ταχύτητες.
Ενώ οι περισσότερες προσωπικές συσκευές όπως φορητοί υπολογιστές και κινητά τηλέφωνα χρησιμοποιούν ταχύτερες μονάδες flash, τα κέντρα δεδομένων χρησιμοποιούν φθηνότερους, πιο αργούς σκληρούς δίσκους. Ωστόσο, κάθε φορά που υποβάλλονται σε επεξεργασία ή αναστρέφονται ορισμένες πληροφορίες, οι μονάδες δίσκου καίνε πολλή ενέργεια χρησιμοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο για τη μεταφορά θερμότητας μέσω των πηνίων. Εάν οι μονάδες δίσκου μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν παλμούς λέιζερ στα μαγνητικά στρώματα, οι συσκευές θα λειτουργούσαν σε χαμηλότερες τάσεις και η ενέργεια που απαιτείται για την ανατροπή των bit θα μειωνόταν σημαντικά.
Οι τρέχουσες προβλέψεις υποδηλώνουν ότι οι ΤΠΕ θα αντιπροσωπεύουν το 21 τοις εκατό της παγκόσμιας ενεργειακής ζήτησης έως το 2030, συμβάλλοντας στην κλιματική αλλαγή, ένα εύρημα που τονίζεται από τον Jangid και τους συγγραφείς σε μια εργασία με τίτλο "Extreme Domain Wall Velocities under Ultrafast Optical Excitation", η οποία δημοσιεύτηκε 19 Δεκεμβρίου στο περιοδικό Physical Review Letters. Η ανακάλυψη έρχεται σε μια εποχή που η αναζήτηση τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας είναι κρίσιμη.
Για τη διεξαγωγή του πειράματος, ο Jangid και οι συνεργάτες του, συμπεριλαμβανομένων ερευνητών από το Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας. το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Σαν Ντιέγκο? το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο Σπρινγκς και το Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης χρησιμοποίησαν την Πολυεπιστημονική Ερευνητική Εγκατάσταση για την Ελεύθερη Ακτινοβολία Λέιζερ ηλεκτρονίων, μια πηγή λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων που βρίσκεται στην Τεργέστη της Ιταλίας.
"Το λέιζερ δωρεάν ηλεκτρονίων είναι μια τρελή εγκατάσταση", είπε ο Jangid. "Είναι ένας σωλήνας κενού μήκους 2-μιλίου όπου παίρνετε μια χούφτα ηλεκτρόνια, τα επιταχύνετε με την ταχύτητα του φωτός και τελικά τα περιστρέφετε για να παράγετε ακτίνες Χ τόσο φωτεινές που αν δεν προσέχετε, Σκεφτείτε το ότι εστιάζει όλο το ηλιακό φως που πέφτει στη Γη σε μια δεκάρα - αυτή είναι πόση ροή φωτονίων έχουμε στο λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων.
Στο Fermi, η ομάδα χρησιμοποίησε ακτίνες Χ για να μετρήσει τι συμβαίνει όταν μαγνήτες νανοκλίμακας με πολλαπλά στρώματα κοβαλτίου, σιδήρου και νικελίου διεγείρονται από παλμούς femtosecond. Ένα femtosecond ορίζεται ως 10 προς το μείον δέκατο πέμπτο του δευτερολέπτου ή ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.
"Υπάρχουν περισσότερα femtoseconds σε ένα δευτερόλεπτο από ό, τι υπάρχουν ημέρες στην ηλικία του σύμπαντος", είπε ο Jangid. «Αυτές είναι πολύ μικρές, εξαιρετικά γρήγορες μετρήσεις και είναι δύσκολο να τις ξεπεράσεις».
Ο Jangid αναλύει τα δεδομένα και ανακάλυψε ότι αυτοί οι εξαιρετικά γρήγοροι παλμοί λέιζερ είναι που διεγείρουν το σιδηρομαγνητικό στρώμα, προκαλώντας την κίνηση των τοιχωμάτων του τομέα. Με βάση το πόσο γρήγορα κινούνται αυτά τα τοιχώματα τομέα, η μελέτη προτείνει ότι αυτοί οι εξαιρετικά γρήγοροι παλμοί λέιζερ θα μπορούσαν να αλλάξουν αποθηκευμένα κομμάτια πληροφοριών περίπου 1,000 φορές πιο γρήγορα από ό,τι το μαγνητικό πεδίο ή οι μέθοδοι που βασίζονται στο ρεύμα περιστροφής που χρησιμοποιούνται σήμερα.
Η τεχνική απέχει πολύ από το να είναι πρακτική επειδή τα τρέχοντα λέιζερ καταναλώνουν πολλή ενέργεια. Ωστόσο, ο Jangid λέει ότι διεργασίες παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται από τους συμπαγείς δίσκους για την αποθήκευση πληροφοριών χρησιμοποιώντας λέιζερ και συσκευές αναπαραγωγής CD για την αναπαραγωγή πληροφοριών με χρήση λέιζερ θα μπορούσαν να λειτουργήσουν στο μέλλον.
Τα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν περαιτέρω διερεύνηση των φυσικών ιδιοτήτων του μηχανισμού που επιτρέπει εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες τοιχώματος τομέα πάνω από τα προηγουμένως γνωστά όρια, καθώς και απεικόνιση της κίνησης του τοιχώματος τομέα. Αυτή η έρευνα θα συνεχιστεί στο UC Davis υπό την ηγεσία του Kukreja. Ο Jangid διεξάγει τώρα παρόμοια έρευνα στο National Synchrotron Light Source 2 στο Brookhaven National Laboratory.
«Υπάρχουν πολλές πτυχές των υπερταχέων φαινομένων που μόλις αρχίζουμε να καταλαβαίνουμε», είπε ο Jangid. «Είμαι πρόθυμος να αντιμετωπίσω μερικά από τα εκκρεμή ερωτήματα που θα μπορούσαν να ξεκλειδώσουν μετασχηματιστικές προόδους στους τομείς της σπιντρονικής χαμηλής κατανάλωσης, της αποθήκευσης δεδομένων και της επεξεργασίας πληροφοριών».
