"Želeli smo preučiti fiziko optogenetskih interakcij," je povedal Rahul Jangid, ki je vodil analizo podatkov za projekt, medtem ko je doktoriral. v znanosti o materialih in inženirstvu pod vodstvom Roopali Kukreja, izrednega profesorja na UC Davis. "Kaj se zgodi, ko zadenete magnetno domeno z zelo kratkim laserskim impulzom?"
Domena je območje znotraj magneta, ki se obrača od severnega proti južnemu polu. Ta lastnost se uporablja za shranjevanje podatkov, na primer v trdih diskih računalnikov.
Jangid in njegovi sodelavci so ugotovili, da ko magnet zadene impulzni laser, se domenske stene v feromagnetni plasti premikajo s približno 66 kilometri na sekundo, kar je približno 100-krat hitreje od prej predvidene omejitve hitrosti.
Domenski zidovi, ki se gibljejo s takšnimi hitrostmi, bi lahko dramatično vplivali na to, kako se podatki shranjujejo in obdelujejo, kar bi zagotovilo hitrejši, stabilnejši pomnilnik in zmanjšalo porabo energije naprav spintronike, kot so trdi diski, ki za shranjevanje uporabljajo vrtenje elektronov v več plasti magnetnih kovin, obdelujejo ali prenašajo informacije.
"Nihče ne misli, da se ti zidovi lahko premikajo tako hitro, ker naj bi dosegli svoje meje," je dejal Jangid. "Sliši se popolnoma bananasto, a je res." To je "banana" zaradi Walkerjevega pojava razgradnje, ki pravi, da se lahko domenske stene z določeno hitrostjo potisnejo toliko daleč, preden se dejansko porušijo in se nehajo premikati. Vendar pa ta študija zagotavlja dokaze, da se laserji lahko uporabljajo za pogon domenskih sten pri prej neznanih hitrostih.
Medtem ko večina osebnih naprav, kot so prenosniki in mobilni telefoni, uporablja hitrejše bliskovne pogone, podatkovni centri uporabljajo cenejše in počasnejše trde diske. Vendar vsakič, ko se malo informacij obdela ali obrne, pogoni porabijo veliko energije z uporabo magnetnega polja za prevajanje toplote skozi tuljave. Če bi pogoni lahko uporabljali laserske impulze na magnetnih plasteh, bi naprave delovale pri nižjih napetostih in energija, potrebna za obračanje bitov, bi se močno zmanjšala.
Trenutne projekcije kažejo, da bodo IKT do leta 2030 predstavljale 21 odstotkov svetovnega povpraševanja po energiji, kar bo prispevalo k podnebnim spremembam, ugotovitev, ki so jo poudarili Jangid in soavtorji v dokumentu z naslovom "Ekstremne hitrosti sten domene pri ultrahitrem optičnem vzbujanju", ki je bil objavljen 19. december v reviji Physical Review Letters. Odkritje prihaja v času, ko je iskanje tehnologij za varčevanje z energijo ključnega pomena.
Za izvedbo eksperimenta so Jangid in njegovi sodelavci, vključno z raziskovalci iz Nacionalnega inštituta za znanost in tehnologijo; Univerza v Kaliforniji, San Diego; Univerza v Koloradu, Colorado Springs; in Univerze v Stockholmu uporabila Multidisciplinary Research Facility for Free-Electron Laser Radiation (MFRF), laserski vir prostih elektronov v Trstu v Italiji.
"Laser s prostimi elektroni je nora naprava, " je dejal Jangid. »To je 2-miljo dolga vakuumska cev, v katero vzamete peščico elektronov, jih pospešite do svetlobne hitrosti in jih na koncu zasukate, da ustvarite tako svetle rentgenske žarke, da lahko, če niste previdni, vzorec bi lahko uparil. Zamislite si to kot fokusiranje vse sončne svetlobe, ki pade na Zemljo, na peni - to je, koliko fotonskega toka imamo pri laserju prostih elektronov.
Pri Fermiju je skupina uporabila rentgenske žarke, da bi izmerila, kaj se zgodi, ko nanometrske magnete z več plastmi kobalta, železa in niklja vzbujajo femtosekundni impulzi. Femtosekunda je opredeljena kot 10 na minus petnajstino sekunde ali ena milijoninka milijarde sekunde.
"V sekundi je več femtosekund kot dni v starosti vesolja," je dejal Jangid. "To so zelo majhne, izjemno hitre meritve in težko si jih je zamisliti."
Jangid analizira podatke in ugotovil, da ti ultrahitri laserski impulzi vzbudijo feromagnetno plast in povzročijo premikanje domenskih sten. Glede na to, kako hitro se premikajo ti domenski zidovi, študija kaže, da tiultra hiter laserimpulzi bi lahko preklapljali shranjene bite informacij približno 1,000-krat hitreje kot magnetno polje ali metode, ki temeljijo na vrtilnem toku, ki se uporabljajo danes.
Tehnika je daleč od praktične, saj trenutni laserji porabijo veliko energije. Vendar pa Jangid pravi, da bi procesi, podobni tistim, ki jih uporabljajo kompaktni diski za shranjevanje informacij z uporabo laserjev in predvajalniki CD-jev za predvajanje informacij z uporabo laserjev, lahko delovali v prihodnosti.
Naslednji koraki vključujejo nadaljnje raziskovanje fizikalnih lastnosti mehanizmov, ki omogočajo ultrahitre hitrosti domenske stene nad predhodno znanimi mejami, kot tudi slikanje gibanja domenske stene. Ta raziskava se bo nadaljevala na UC Davis pod vodstvom Kukreje. Jangid zdaj izvaja podobne raziskave na National Synchrotron Light Source 2 v Nacionalnem laboratoriju Brookhaven.
"Obstaja veliko vidikov ultra hitrih pojavov, ki jih šele začenjamo razumeti," je dejal Jangid. "Želim se lotiti nekaterih odprtih vprašanj, ki bi lahko sprostila transformativni napredek v spintroniki z nizko porabo energije, shranjevanju podatkov in obdelavi informacij."
Preberite več na
