Suvremeni život vrti se oko podataka, što znači da su nam potrebni novi, brzi i štedni načini za čitanje i pisanje podataka na uređajima za pohranu. S razvojem tehnologije magnetnog materijala all-optičko prebacivanje (AOS), optička metoda korištenja laserskih impulsa umjesto magneta za pisanje podataka dobila je znatnu pozornost u proteklom desetljeću. Iako brza i energetski učinkovita, AOS tehnologija ima problema s točnost. Istraživači na Eindhoven University of Technology u Nizozemskoj su izumili novu metodu koja koristi feromagnetske materijale kao referencu za točno pisanje podataka u sloj kobalt-gadolinija (Co/Gd) s laserskim impulsima. Njihova istraživanja objavljena su u Komunikacijama prirode.
Magnetski materijali u tvrdim diskovima i drugim uređajima pohranjuju podatke u obliku računalnih bitova. Tradicionalno, podaci se čitaju i pišu na tvrdi disk pomicanjem malog magneta na materijalu. Međutim, budući da se potražnja za proizvodnjom podataka, potrošnjom, pristupom i pohranom i dalje povećava, postoji znatna potražnja za bržim i energetski učinkovitijim metodama pristupa, pohranjivanja i bilježenje podataka.
All-optičko prebacivanje (AOS) magnetskih materijala je obećavajuća metoda u pogledu brzine i energetske učinkovitosti. Sveoptički prekidač koristi femtosekund laserske impulse za promjenu smjera magnetskog okretaja na picosecond skali. Za pisanje podataka mogu se koristiti dva mehanizma: višepulsni i jednopulsni preklopni prekidači. U višepulsnom prekidaču, konačni smjer okretaja je deterministički, što znači da se može unaprijed odrediti polarizacijom svjetlosti. Međutim, ovaj mehanizam obično zahtijeva više lasera, što smanjuje brzinu i učinkovitost pisanja.
S druge strane, brzina pisanja s jednim pulsom bit će mnogo brža, ali istraživanje na jednopulsnim sveoptičkim prekidačem pokazuje da je jednopulsno prebacivanje klizući proces. To znači da za promjenu stanja određenog magnetskog bita potrebno je prethodno poznavanje bita. Drugim riječima, stanje BIT-a mora se pročitati prije nego što se može prepisati, što uvodi fazu za čitanje u proces pisanja, čime se ograničava brzina.
Bolja metoda je deterministična jednopulsna sveoptička metoda prebacivanja, gdje konačni smjer bita ovisi samo o postupku koji se koristi za postavljanje i resetiranje bita. Trenutno su istraživači u Nanostrukturnoj grupi Odjela za primijenjenu fiziku Sveučilišta u Eindhovenu razvili novu metodu za postizanje determinističkog jednopulsnog pisanja u materijalima za magnetsko skladištenje, što je proces pisanja precizniji.
Izvor slike: Eindhoven University of Technology
U svom eksperimentu, istraživači s Eindhoven University of Technology dizajnirali su sustav pisanja koji se sastoji od tri sloja-feromagnetskog referentnog sloja izrađenog od kobalta i nikla, što pomaže ili sprječava slobodan sloj u slobodnom sloju. Rotacijski prekidač, provodljivi bakarni (Cu) sloj razmaka ili sloj razmaka, te optički zamjenjivi Co/Gd slobodni sloj. Debljina kompozitnog sloja je manja od 15 nm.
Jednom uzbuđen od strane femtosecond lasera, referentni sloj je demagnetiziran u manje od 1 picosecond. Neki od izgubljenog kutnog zamaha povezanog s spinom u referentnom sloju se zatim pretvara u spin struju koju nosi elektron. Okretaji u strujanju su u istom smjeru kao i okretaji u referentnom sloju.
Ova spin struja zatim se kreće od referentnog sloja kroz sloj bakra razmaknica (bijela strelica na slici) do slobodnog sloja, gdje može pomoći ili spriječiti okretanje prebacivanje u slobodnom sloju. To ovisi o relativnom smjeru okretaja referentnog sloja i slobodnog sloja.
Promjena laserske energije će uzrokovati dvije države. Prvo, iznad praga, konačni spin smjer u slobodnom sloju je u potpunosti određen referentnim slojem; drugo, iznad višeg praga, uočeno je prebacivanje. Istraživači su pokazali da se ta dva mehanizma mogu koristiti za točno pisanje spin stanja slobodnog sloja bez razmatranja njegovog početnog stanja tijekom procesa pisanja. Ovo otkriće pruža važan razvoj za našu buduću ekspanziju uređaja za pohranu podataka.