"Željeli smo proučavati fiziku optogenetskih interakcija", rekao je Rahul Jangid, koji je vodio analizu podataka za projekt dok je stjecao doktorat. u znanosti o materijalima i inženjerstvu pod vodstvom Roopali Kukreja, izvanrednog profesora na UC Davis. "Što se događa kada pogodite magnetsku domenu vrlo kratkim laserskim pulsom?"
Domena je područje unutar magneta koje se okreće od sjevernog prema južnom polu. Ovo se svojstvo koristi za pohranjivanje podataka, kao što su tvrdi diskovi računala.
Jangid i njegovi kolege otkrili su da kada magnet pogodi pulsirajući laser, stjenke domene u feromagnetskom sloju kreću se brzinom od oko 66 kilometara u sekundi, što je oko 100 puta brže od prethodnog ograničenja brzine.
Zidovi domene koji se kreću takvim brzinama mogli bi dramatično utjecati na način na koji se podaci pohranjuju i obrađuju, pružajući bržu, stabilniju memoriju i smanjujući potrošnju energije spintroničkih uređaja, kao što su pogoni tvrdog diska, koji za pohranu koriste vrtnje elektrona unutar više slojeva magnetskih metala, obrađivati ili prenositi informacije.
"Nitko ne misli da se ovi zidovi mogu pomicati tako brzo jer bi trebali doseći svoje granice", rekao je Jangid. "Zvuči apsolutno bananasto, ali je istina." To je "banana" zbog Walkerovog fenomena sloma, koji kaže da se zidovi domene mogu toliko pomaknuti određenom brzinom prije nego što se učinkovito slome i prestanu kretati. Međutim, ova studija pruža dokaze da se laseri mogu koristiti za pokretanje zidova domena dosad nepoznatim brzinama.
Dok većina osobnih uređaja poput prijenosnih računala i mobitela koristi brže flash diskove, podatkovni centri koriste jeftinije, sporije tvrde diskove. Međutim, svaki put kada se malo informacija obradi ili preokrene, pogoni troše mnogo energije koristeći magnetsko polje za provođenje topline kroz zavojnice. Kad bi pogoni mogli koristiti laserske impulse na magnetskim slojevima, uređaji bi radili na nižim naponima i energija potrebna za okretanje bitova bila bi znatno smanjena.
Trenutne projekcije sugeriraju da će ICT činiti 21 posto svjetske potražnje za energijom do 2030., pridonoseći klimatskim promjenama, nalaz koji su istaknuli Jangid i koautori u radu pod naslovom "Ekstremne brzine zida domene pod ultrabrzom optičkom ekscitacijom", koji je objavljen 19. prosinca u časopisu Physical Review Letters. Ovo otkriće dolazi u trenutku kada je potraga za tehnologijama za uštedu energije ključna.
Da bi proveli eksperiment, Jangid i njegovi suradnici, uključujući istraživače s Nacionalnog instituta za znanost i tehnologiju; Sveučilište Kalifornije, San Diego; Sveučilište Colorado, Colorado Springs; i Sveučilište u Stockholmu koristili su Multidisciplinary Research Facility for Free-Electron Laser Radiation (MFRF), laserski izvor slobodnih elektrona koji se nalazi u Trstu, Italija.
"Laser sa slobodnim elektronima je ludo postrojenje", rekao je Jangid. "To je 2-milja duga vakuumska cijev u koju uzmete šaku elektrona, ubrzate ih do brzine svjetlosti i na kraju ih okrenete kako biste proizveli X-zrake tako svijetle da ako niste pažljivi, uzorak bi se mogao ispariti. Zamislite to kao fokusiranje sve sunčeve svjetlosti koja padne na Zemlju na peni - to je koliki tok fotona imamo u laseru slobodnih elektrona.
U Fermiju, grupa je koristila X-zrake da izmjeri što se događa kada se magneti u nanorazmjeru s više slojeva kobalta, željeza i nikla pobude femtosekundnim impulsima. Femtosekunda se definira kao 10 na minus petnaesti dio sekunde ili jedan milijunti dio milijarditog dijela sekunde.
"Više je femtosekundi u sekundi nego što ima dana u starosti svemira", rekao je Jangid. "Ovo su vrlo mala, iznimno brza mjerenja i teško ih je shvatiti."
Jangid analizira podatke i otkrio je da ti ultrabrzi laserski impulsi pobuđuju feromagnetski sloj, uzrokujući pomicanje stijenki domene. Na temelju toga koliko se brzo ti zidovi domene pomiču, studija sugerira da oviultrabrzi laserimpulsi bi mogli mijenjati pohranjene bitove informacija oko 1,000 puta brže od magnetskog polja ili metoda zasnovanih na spinskoj struji 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 playeri za reprodukciju informacija pomoću lasera mogli funkcionirati u budućnosti.
Sljedeći koraci uključuju daljnje istraživanje fizičkih svojstava mehanizama koji omogućuju ultrabrze brzine zida domene iznad prethodno poznatih ograničenja, kao i oslikavanje gibanja zida domene. Ovo istraživanje nastavit će se na UC Davis pod Kukrejinim vodstvom. Jangid sada provodi slična istraživanja na National Synchrotron Light Source 2 u Brookhaven National Laboratoryju.
"Postoje mnogi aspekti ultrabrzih fenomena koje tek počinjemo razumijevati", rekao je Jangid. "Željno se bavim nekim od neriješenih pitanja koja bi mogla otključati transformativni napredak u spintronici male snage, pohrani podataka i obradi informacija."
Pročitajte više na
