"Mes norėjome ištirti optogenetinių sąveikų fiziką", - sakė Rahulas Jangidas, vadovavęs projekto duomenų analizei, gaudamas daktaro laipsnį. medžiagų mokslo ir inžinerijos srityje, vadovaujant Roopali Kukreja, UC Davis docentui. „Kas atsitiks, kai labai trumpu lazerio impulsu pataikysi į magnetinį domeną?
Domenas yra sritis magnete, kuris apsiverčia iš šiaurinio poliaus į pietų ašigalį. Ši savybė naudojama duomenims saugoti, pvz., kompiuterio standžiuosiuose diskuose.
Jangidas ir jo kolegos išsiaiškino, kad magnetui pataikius impulsiniu lazeriu, feromagnetinio sluoksnio domeno sienelės juda maždaug 66 kilometrų per sekundę greičiu, o tai yra maždaug 100 kartų greičiau nei anksčiau manyta greičio riba.
Tokiu greičiu judančios domeno sienos gali smarkiai paveikti duomenų saugojimą ir apdorojimą, užtikrindamos greitesnę, stabilesnę atmintį ir sumažindamos spintronikos įrenginių, pvz., standžiųjų diskų, naudojančių elektronų sukimąsi keliuose magnetinių metalų sluoksniuose, energijos sąnaudas. apdoroti arba perduoti informaciją.
„Niekas nemano, kad šios sienos gali taip greitai judėti, nes jos turėtų pasiekti savo ribas“, – sakė Jangidas. "Tai skamba visiškai bananiškai, bet tai tiesa." Tai „bananai“ dėl „Walker“ skilimo reiškinio, kuris sako, kad domeno sienos gali būti nustumtos taip toli tam tikru greičiu, kol jos veiksmingai suirs ir nustos judėti. Tačiau šis tyrimas pateikia įrodymų, kad lazeriai gali būti naudojami domenų sienoms valdyti anksčiau nežinomu greičiu.
Nors dauguma asmeninių įrenginių, tokių kaip nešiojamieji kompiuteriai ir mobilieji telefonai, naudoja greitesnius „flash drives“, duomenų centrai naudoja pigesnius, lėtesnius standžiuosius diskus. Tačiau kiekvieną kartą, kai apdorojama arba apverčiama šiek tiek informacijos, diskai sudegina daug energijos, naudodami magnetinį lauką šilumai perduoti per ritinius. Jei diskai galėtų naudoti lazerio impulsus ant magnetinių sluoksnių, įrenginiai veiktų esant žemesnei įtampai, o bitų apvertimui reikalinga energija labai sumažėtų.
Dabartinės prognozės rodo, kad iki 2030 m. IRT sudarys 21 procentą pasaulio energijos poreikio, o tai prisidės prie klimato kaitos. Tai išvada, kurią pabrėžė Jangid ir bendraautoriai dokumente pavadinimu „Ekstremalūs domeno sienos greičiai veikiant itin greitam optiniam sužadinimui“. Gruodžio 19 d. žurnale Physical Review Letters. Atradimas atliktas tuo metu, kai itin svarbu ieškoti energijos taupančių technologijų.
Eksperimentui atlikti Jangidas ir jo bendradarbiai, įskaitant Nacionalinio mokslo ir technologijų instituto tyrėjus; Kalifornijos universitetas, San Diegas; Kolorado universitetas, Kolorado Springsas; ir Stokholmo universitetas, naudojo laisvųjų elektronų lazerinės spinduliuotės daugiadalykę tyrimų priemonę (MFRF), laisvųjų elektronų lazerio šaltinį, esantį Trieste, Italijoje.
„Laisvųjų elektronų lazeris yra beprotiškas įrenginys“, - sakė Jangidas. „Tai yra 2-mylių ilgio vakuuminis vamzdelis, kuriame jūs paimate saują elektronų, pagreitinate juos iki šviesos greičio ir galiausiai pasukate, kad rentgeno spinduliai būtų tokie ryškūs, kad jei nesate atsargūs, jūsų Pavyzdys gali būti išgarintas, kaip sutelkti visą saulės šviesą, kuri krenta į Žemę – tiek fotonų srautą turime laisvųjų elektronų lazeryje.
Fermyje grupė naudojo rentgeno spindulius, kad išmatuotų, kas atsitinka, kai nanoskalės magnetai su keliais kobalto, geležies ir nikelio sluoksniais sužadinami femtosekundiniais impulsais. Femtosekundė apibrėžiama kaip nuo 10 iki minus penkioliktosios sekundės arba viena milijardoji sekundės dalis.
„Per sekundę femtosekundžių yra daugiau, nei yra dienų visatos amžiuje“, – sakė Jangidas. „Tai labai maži, itin greiti matavimai, todėl sunku susigaudyti.
Jangid analizuoja duomenis ir nustatė, kad būtent šie itin greiti lazerio impulsai sužadina feromagnetinį sluoksnį, todėl domeno sienos juda. Remiantis tuo, kaip greitai juda šios domeno sienos, tyrimas rodo, kad šiositin greitas lazerisimpulsai galėtų pakeisti saugomus informacijos bitus maždaug 1,{1}} karto greičiau nei šiandien naudojami magnetinio lauko ar sukimosi srovės metodai.
Technika toli gražu nėra praktiška, nes dabartiniai lazeriai sunaudoja daug energijos. Tačiau Jangid teigia, kad procesai, panašūs į tuos, kurie naudojami kompaktiniuose diskuose informacijai saugoti naudojant lazerius ir CD grotuvus, kad būtų galima atkurti informaciją naudojant lazerius, galėtų veikti ateityje.
Kiti žingsniai apima tolesnį fizinių mechanizmų, leidžiančių pasiekti itin greitą domeno sienos greitį, viršijantį anksčiau žinomas ribas, fizinių savybių tyrimą, taip pat domeno sienos judesio vaizdavimą. Šis tyrimas bus tęsiamas UC Davis, vadovaujant Kukrejai. Jangidas dabar atlieka panašius tyrimus Nacionaliniame sinchrotrono šviesos šaltinyje 2 Brookhaven nacionalinėje laboratorijoje.
„Yra daug itin greitų reiškinių aspektų, kuriuos tik pradedame suprasti“, – sakė Jangidas. „Nekantrauju išspręsti kai kuriuos neišspręstus klausimus, kurie galėtų atskleisti transformuojančią pažangą mažos galios spintronikos, duomenų saugojimo ir informacijos apdorojimo srityse.
Daugiau skaitykite adresu
