Mae bywyd modern yn troi o amgylch data, sy'n golygu bod angen ffyrdd newydd, cyflym ac arbed ynni arnom i ddarllen ac ysgrifennu data ar ddyfeisiau storio. Gyda datblygiad technoleg newid holl-optegol deunydd magnetig (AOS), mae'r dull optegol o ddefnyddio corbys laser yn lle magnetau i ysgrifennu data wedi cael cryn sylw yn y degawd diwethaf. Er ei bod yn gyflym ac yn effeithlon o ran ynni, mae gan dechnoleg AOS broblemau gyda chywirdeb. Mae ymchwilwyr ym Mhrifysgol Technoleg Eindhoven yn yr Iseldiroedd wedi dyfeisio dull newydd sy'n defnyddio deunyddiau ferromagnetig fel cyfeiriad i ysgrifennu data yn gywir i'r haen cobalt-gadolinium (Co / Gd) gyda chodlysiau laser. Cyhoeddwyd eu hymchwil yn Nature Communications.
Mae deunyddiau magnetig mewn gyriannau caled a dyfeisiau eraill yn storio data ar ffurf darnau cyfrifiadurol. Yn draddodiadol, mae data'n cael ei ddarllen a'i ysgrifennu i'r ddisg galed trwy symud magnet bach ar y deunydd. Fodd bynnag, wrth i'r galw am gynhyrchu, defnyddio, mynediad a storio data barhau i gynyddu, mae galw sylweddol am ddulliau cyflymach a mwy effeithlon o ran ynni o gyrchu, storio a chofnodi data.
Mae newid holl-optegol (AOS) deunyddiau magnetig yn ddull addawol o ran cyflymder ac effeithlonrwydd ynni. Mae'r switsh holl-optegol yn defnyddio corbys laser femtosecond i newid cyfeiriad y troelli magnetig ar y raddfa picosecond. Gellir defnyddio dau fecanwaith i ysgrifennu data: switshis togl aml-guriad a phwls sengl. Mewn switsh aml-guriad, mae cyfeiriad terfynol y troelli yn benderfyniadol, sy'n golygu y gellir ei bennu ymlaen llaw trwy bolareiddio'r golau. Fodd bynnag, mae'r mecanwaith hwn fel arfer yn gofyn am laserau lluosog, sy'n lleihau cyflymder ac effeithlonrwydd ysgrifennu.
Ar y llaw arall, bydd y cyflymder ysgrifennu un pwls yn llawer cyflymach, ond mae'r ymchwil ar y switsh holl-optegol un pwls yn dangos bod y newid un pwls yn broses llithro. Mae hyn yn golygu bod angen gwybodaeth flaenorol am y did er mwyn newid cyflwr did magnetig penodol. Hynny yw, rhaid darllen cyflwr y BIT cyn y gellir ei drosysgrifo, sy'n cyflwyno cam darllen i'r broses ysgrifennu, a thrwy hynny gyfyngu ar y cyflymder.
Dull gwell yw'r dull newid holl-optegol pwls sengl pwls, lle mae cyfeiriad terfynol y did yn dibynnu ar y broses a ddefnyddir i osod ac ailosod y did yn unig. Ar hyn o bryd, mae ymchwilwyr yng Ngrŵp Nanostrwythur Adran Ffiseg Gymhwysol Prifysgol Technoleg Eindhoven wedi datblygu dull newydd i gyflawni ysgrifennu pwls sengl penderfyniadol mewn deunyddiau storio magnetig, gan wneud y broses ysgrifennu yn fwy manwl gywir.
Ffynhonnell y llun: Prifysgol Technoleg Eindhoven
Yn eu harbrawf, dyluniodd ymchwilwyr o Brifysgol Technoleg Eindhoven system ysgrifennu sy'n cynnwys tair haen - haen gyfeirio ferromagnetig wedi'i gwneud o cobalt a nicel, sy'n helpu neu'n atal yr haen rydd yn yr haen rydd. Newid cylchdro, haen spacer copr dargludol (Cu) neu haen fwlch, a haen rhydd Co / Gd y gellir ei newid yn optegol. Mae trwch yr haen gyfansawdd yn llai na 15 nm.
Ar ôl ei gyffroi gan y laser femtosecond, mae'r haen gyfeirio yn cael ei demagnetiddio mewn llai nag 1 picosecond. Yna mae peth o'r momentwm onglog coll sy'n gysylltiedig â'r troelli yn yr haen gyfeirio yn cael ei drawsnewid yn gerrynt troelli sy'n cael ei gario gan yr electron. Mae'r troelli yn y cerrynt i'r un cyfeiriad â'r troelli yn yr haen gyfeirio.
Yna mae'r cerrynt troelli hwn yn symud o'r haen gyfeirio trwy'r haen copr spacer (y saeth wen yn y ffigur) i'r haen rydd, lle gall helpu neu atal newid troelli yn yr haen rydd. Mae hyn yn dibynnu ar gyfeiriad troelli cymharol yr haen gyfeirio a'r haen rydd.
Bydd newid egni'r laser yn achosi dwy wladwriaeth. Yn gyntaf, uwchlaw trothwy, mae'r cyfeiriad troelli terfynol yn yr haen rydd yn cael ei bennu'n llwyr gan yr haen gyfeirio; yn ail, uwchlaw trothwy uwch, gwelir newid. Mae ymchwilwyr wedi dangos y gellir defnyddio'r ddau fecanwaith hyn i ysgrifennu cyflwr troelli yr haen rydd yn gywir heb ystyried ei gyflwr cychwynnol yn ystod y broses ysgrifennu. Mae'r darganfyddiad hwn yn ddatblygiad pwysig ar gyfer ehangu dyfeisiau storio data yn y dyfodol.