"Željeli smo proučavati fiziku optogenetskih interakcija", rekao je Rahul Jangid, koji je vodio analizu podataka za projekat dok je stekao doktorat. nauci o materijalima i inženjerstvu pod rukovodstvom Roopali Kukreja, vanrednog profesora na UC Davis. "Šta se događa kada udarite u magnetnu domenu vrlo kratkim laserskim impulsom?"
Domen je oblast unutar magneta koja se okreće sa sjevernog na južni pol. Ovo svojstvo se koristi za skladištenje podataka, kao što su hard diskovi računara.
Jangid i njegove kolege otkrili su da kada magnet udari impulsni laser, zidovi domena u feromagnetnom sloju pomiču se brzinom od oko 66 kilometara u sekundi, što je oko 100 puta brže od ranije zamišljenog ograničenja brzine.
Zidovi domene koji se kreću takvim brzinama mogli bi dramatično utjecati na način na koji se podaci pohranjuju i obrađuju, osiguravajući bržu, stabilniju memoriju i smanjujući potrošnju energije spintronic uređaja, kao što su tvrdi diskovi, koji koriste okretanje elektrona unutar više slojeva magnetnih metala za pohranu, obrađuju ili prenose informacije.
"Niko ne misli da se ovi zidovi mogu kretati ovako brzo jer bi trebali dostići svoje granice", rekao je Jangid. "Zvuči kao banane, ali je istina." To su "banane" zbog Walkerovog fenomena kvara, koji kaže da se zidovi domena mogu gurnuti samo toliko daleko pri datoj brzini prije nego što se efektivno razbiju i prestanu da se kreću. Međutim, ova studija pruža dokaze da se laseri mogu koristiti za pokretanje zidova domena pri ranije nepoznatim brzinama.
Dok većina ličnih uređaja kao što su laptopovi i mobilni telefoni koriste brže fleš diskove, data centri koriste jeftinije, sporije čvrste diskove. Međutim, svaki put kada se malo informacija obradi ili okrene, pogoni troše mnogo energije koristeći magnetsko polje za provođenje topline kroz zavojnice. Kada bi pogoni mogli koristiti laserske impulse na magnetnim slojevima, uređaji bi radili na nižim naponima i energija potrebna za okretanje bita bila bi znatno smanjena.
Trenutne projekcije sugeriraju da će ICT činiti 21 posto svjetske potražnje za energijom do 2030., doprinoseći klimatskim promjenama, nalaz koji su istakli Jangid i koautori u radu pod naslovom "Ekstremne brzine zida domene pod ultrabrzom optičkom ekscitacijom", koji je objavljen 19. decembra u časopisu Physical Review Letters. Ovo otkriće dolazi u trenutku kada je potraga za tehnologijama za uštedu energije kritična.
Da bi sproveli eksperiment, Jangid i njegovi saradnici, uključujući istraživače sa Nacionalnog instituta za nauku i tehnologiju; Univerzitet Kalifornije, San Diego; Univerzitet Kolorado, Kolorado Springs; i Stockholm University, koristili su Multidisciplinarno istraživačko postrojenje za lasersko zračenje slobodnih elektrona (MFRF), laserski izvor slobodnih elektrona koji se nalazi u Trstu, Italija.
"Laser sa slobodnim elektronima je luda naprava", rekao je Jangid. "To je 2-milja duga vakumska cijev u kojoj uzimate šaku elektrona, ubrzavate ih do brzine svjetlosti i na kraju ih okrećete okolo kako biste proizveli rendgenske zrake tako sjajne da ako ne budete oprezni, uzorak bi mogao biti isparen. Zamislite to kao fokusiranje sve sunčeve svjetlosti koja pada na Zemlju na peni - to je koliki tok fotona imamo na laseru sa slobodnim elektronima.
U Fermiju, grupa je koristila rendgenske zrake da izmjeri šta se događa kada se femtosekundni impulsi pobuđuju magneti na nanorazmjeri s više slojeva kobalta, željeza i nikla. Femtosekunda je definirana kao 10 do minus petnaesti dio sekunde ili milioniti dio biliontinke sekunde.
"Postoji više femtosekundi u sekundi nego što ima dana u doba svemira", rekao je Jangid. "Ovo su vrlo mala, izuzetno brza mjerenja i teško je zamisliti ih."
Jangid analizira podatke i otkrio je da ovi ultrabrzi laserski impulsi pobuđuju feromagnetni sloj, uzrokujući pomicanje zidova domena. Na osnovu toga koliko se brzo pomiču ovi domenski zidovi, studija sugerira da oviultrabrzi laserimpulsi bi mogli prebacivati pohranjene bitove informacija oko 1,000 puta brže od metoda magnetnog polja ili spin-struje koje se danas koriste.
Tehnika je daleko od praktične jer trenutni laseri troše mnogo energije. Međutim, Jangid kaže da bi procesi slični onima koje koriste kompaktni diskovi za pohranu informacija pomoću lasera i CD playera za reprodukciju informacija pomoću lasera mogli raditi u budućnosti.
Sljedeći koraci uključuju dalje istraživanje fizičkih svojstava mehanizama koji omogućavaju ultrabrze brzine zida domene iznad prethodno poznatih granica, kao i snimanje kretanja zida domene. Ovo istraživanje će se nastaviti na UC Davis pod Kukrejinim vodstvom. Jangid sada provodi slična istraživanja u Nacionalnom sinhrotronskom izvoru svjetlosti 2 u Brookhaven National Laboratory.
"Postoje mnogi aspekti ultrabrzih fenomena koje tek počinjemo da razumijemo", rekao je Jangid. "Želim se pozabaviti nekim od otvorenih pitanja koja bi mogla otključati transformativni napredak u spintronici male snage, skladištenju podataka i obradi informacija."
Pročitajte više na
