Modern yaşam veri etrafında döner, bu da depolama aygıtlarında veri okumak ve yazmak için yeni, hızlı ve enerji tasarrufu sağlayan yollara ihtiyacımız olduğu anlamına gelir. Manyetik malzeme all-optik anahtarlama (AOS) teknolojisinin geliştirilmesi ile, veri yazmak için mıknatıslar yerine lazer darbeleri kullanarak optik yöntem son on yıl içinde önemli ilgi gördü. Hızlı ve enerji tasarruflu olmasına rağmen, AOS teknolojisinin doğruluk la ilgili sorunları vardır. Hollanda'daki Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, lazer darbeleri ile kobalt-gadolinyum (Co/Gd) katmanına doğru veri yazmak için referans olarak ferromanyetik malzemeleri kullanan yeni bir yöntem icat etti. Araştırmaları Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Sabit disklerde ve diğer aygıtlarda bulunan manyetik malzemeler verileri bilgisayar bitleri şeklinde depolar. Geleneksel olarak, veri basılı diske küçük bir mıknatıs hareket ettirilerek okunur ve yazılır. Ancak, veri üretimi, tüketimi, erişim ve depolamaya olan talep artmaya devam ettikçe, verilere daha hızlı ve enerji tasarruflu yöntemlere önemli bir talep vardır.
Manyetik malzemelerin tüm optik anahtarlama (AOS) hız ve enerji verimliliği açısından umut verici bir yöntemdir. Tüm optik anahtar pikosaniye ölçeğinde manyetik spin yönünü değiştirmek için femtosecond lazer darbeleri kullanır. Veri yazmak için iki mekanizma kullanılabilir: çoklu darbe ve tek darbe geçiş anahtarları. Çoklu darbe anahtarında, spinin son yönü deterministiktir, bu da ışığın kutuplaşması ile önceden belirlenebileceği anlamına gelir. Ancak, bu mekanizma genellikle yazma hızını ve verimliliğini azaltır birden fazla lazer, gerektirir.
Öte yandan, tek darbe yazma hızı çok daha hızlı olacak, ancak tek darbeli tüm optik anahtar üzerinde yapılan araştırmalar, tek darbeli anahtarlamanın bir sürgülü işlem olduğunu göstermektedir. Bu, belirli bir manyetik bitin durumunu değiştirmek için bitin önceden bilinmesi gerektiği anlamına gelir. Başka bir deyişle, BIT'nin durumu, yazma işlemine bir okuma aşaması tanıyıp hızı sınırlandıran, üzerine yazılmadan önce okunmalıdır.
Daha iyi bir yöntem deterministik tek darbeli tüm optik anahtarlama yöntemidir, burada bitin son yönü yalnızca biti ayarlamak ve sıfırlamak için kullanılan işleme bağlıdır. Şu anda, Eindhoven Teknoloji Üniversitesi Uygulamalı Fizik Bölümü Nanoyapı Grubu araştırmacılar ı sayılsa da manyetik depolama materyallerinde deterministik tek darbeli yazıya ulaşmak için yeni bir yöntem geliştirerek yazma sürecini daha hassas hale getirmişlerdir.
Resim kaynağı: Eindhoven Teknoloji Üniversitesi
Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar yaptıkları deneyde, kobalt ve nikelden yapılmış üç katmandan oluşan bir yazı sistemi tasarladılar, bu da serbest tabakadaki serbest tabakaya yardımcı oluyor veya onları engelliyor. Döner anahtar, iletken bakır (Cu) spacer katmanı veya boşluk tabakası ve optik olarak değiştirilebilir Co/Gd serbest katmanı. Kompozit tabakanın kalınlığı 15 nm'den azdır.
Bir kez femtosecond lazer tarafından heyecanlı, referans katmanı az 1 pikosaniye demanyeti. Referans katmanındaki dönüşle ilişkili kayıp açısal momentumun bir kısmı daha sonra elektron tarafından taşınan bir spin akımına dönüştürülür. Akımdaki dönüşler, başvuru katmanındaki dönüşlerle aynı yöndedir.
Bu döndürme akımı daha sonra referans katmanından bakır spacer katmanına (şekildeki beyaz ok) geçerek serbest katmana taşınır ve serbest katmanda dönüş geçişine yardımcı olabilir veya bu katmanda dönüş geçişini engelleyebilir. Bu, başvuru katmanının göreli dönüş yönüne ve serbest katmanın bağlı olduğu şekilde değişir.
Lazer enerjisinin değiştirilmesi iki durum neden olacaktır. İlk olarak, bir eşiğin üzerinde, serbest katmandaki son dönüş yönü tamamen referans katmanı tarafından belirlenir; ikincisi, daha yüksek bir eşiğin üzerinde, anahtarlama gözlenir. Araştırmacılar, bu iki mekanizmanın yazma işlemi sırasında ilk durumunu düşünmeden serbest katmanın dönüş durumunu doğru bir şekilde yazmak için kullanılabileceğini göstermiştir. Bu keşif, veri depolama aygıtlarını gelecekteki genişletmemiz için önemli bir gelişme sağlar.