Современная жизнь вращается вокруг данных, а это значит, что нам нужны новые, быстрые и энергосберегающие способы чтения и записи данных на устройства хранения. С развитием технологии полностью оптического переключения (AOS) магнитных материалов, оптический метод использования лазерных импульсов вместо магнитов для записи данных привлек в последнее десятилетие большое внимание. Несмотря на то, что технология AOS быстрая и энергоэффективная, у нее есть проблемы с точностью. Исследователи из Технологического университета Эйндховена в Нидерландах изобрели новый метод, в котором ферромагнитные материалы используются в качестве эталона для точной записи данных в слой кобальт-гадолиния (Co / Gd) с помощью лазерных импульсов. Их исследование было опубликовано в Nature Communications.
Магнитные материалы на жестких дисках и других устройствах хранят данные в виде компьютерных бит. Обычно данные считываются и записываются на жесткий диск при перемещении небольшого магнита на материал. Однако по мере того, как спрос на производство, потребление, доступ и хранение данных продолжает расти, существует значительный спрос на более быстрые и энергоэффективные методы доступа, хранения и записи данных.
Полностью оптическое переключение (АОС) магнитных материалов - перспективный метод с точки зрения быстродействия и энергоэффективности. Полностью оптический переключатель использует фемтосекундные лазерные импульсы для изменения направления магнитного спина в пикосекундном масштабе. Для записи данных можно использовать два механизма: многоимпульсные и одноимпульсные тумблеры. В многоимпульсном переключателе конечное направление вращения детерминировано, что означает, что оно может быть определено заранее по поляризации света. Однако для этого механизма обычно требуется несколько лазеров, что снижает скорость и эффективность записи.
С другой стороны, скорость одноимпульсной записи будет намного выше, но исследования одноимпульсного полностью оптического переключателя показывают, что одноимпульсное переключение - это скользящий процесс. Это означает, что для изменения состояния определенного магнитного бита требуется предварительное знание бита. Другими словами, состояние BIT должно быть прочитано перед его перезаписью, что вводит фазу чтения в процесс записи, тем самым ограничивая скорость.
Лучшим методом является детерминированный одноимпульсный полностью оптический метод переключения, где конечное направление бита зависит только от процесса, используемого для установки и сброса бита. В настоящее время исследователи из группы наноструктур факультета прикладной физики Технологического университета Эйндховена разработали новый метод для достижения детерминированной одноимпульсной записи в магнитных запоминающих материалах, что делает процесс записи более точным.
Источник изображения: Технологический университет Эйндховена
В своем эксперименте исследователи из Технологического университета Эйндховена разработали систему письма, состоящую из трех слоев - ферромагнитного эталонного слоя из кобальта и никеля, который помогает или предотвращает образование свободного слоя в свободном слое. Поворотный переключатель, разделительный слой или слой зазора из проводящей меди (Cu) и оптически переключаемый слой, свободный от Co / Gd. Толщина композитного слоя менее 15 нм.
После возбуждения фемтосекундным лазером эталонный слой размагничивается менее чем за 1 пикосекунду. Некоторые из потерянного углового момента, связанного со спином в опорном слое затем преобразуется в спинового тока переносимого электрона. Спины в токе находятся в том же направлении, что и вращается в опорном слое.
Этот спиновый ток затем перемещается от опорного слоя через медный слой (спейсер белой стрелка на рисунке) в свободный слой, где он может помочь предотвратить или спин переключение в свободном слое. Это зависит от относительного направления спина опорного слоя и свободного слоя.
Изменение энергии лазера вызовет два состояния. Во-первых, выше порогового значения окончательное направление вращения в свободном слое полностью определяется опорным слоем; во-вторых, выше более высокого порога наблюдается переключение. Исследователи показали, что эти два механизма можно использовать для точной записи состояния спина свободного слоя без учета его начального состояния во время процесса записи. Это открытие представляет собой важный шаг вперед для нашего будущего расширения устройств хранения данных.