Licht is de meest energiezuinige manier om informatie te verplaatsen. Nog, licht vertoont één grote beperking:het is moeilijk op te bergen. Eigenlijk, datacenters zijn voornamelijk afhankelijk van magnetische harde schijven. Echter, op deze harde schijven, informatie wordt overgedragen tegen een energiekost die tegenwoordig explosief stijgt. Onderzoekers van het Institute of Photonic Integration van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben een 'hybride technologie' ontwikkeld die de voordelen van zowel lichte als magnetische harde schijven laat zien.

Met ultrakorte (femtoseconde) lichtpulsen kunnen gegevens op een snelle en zeer energiezuinige manier direct in een magnetisch geheugen worden geschreven. Bovendien, zodra de informatie is geschreven (en opgeslagen), het gaat vooruit en laat ruimte over om lege geheugendomeinen te vullen met nieuwe gegevens. Dit onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , belooft een revolutie teweeg te brengen in het proces van gegevensopslag in toekomstige fotonische geïntegreerde schakelingen.

Gegevens worden op harde schijven opgeslagen in de vorm van 'bits', kleine magnetische domeinen met een Noord- en een Zuidpool. De richting van deze polen ('magnetisatie'), bepaalt of de bits een digitale 0 of een 1 bevatten. Het schrijven van de data wordt bereikt door de richting van de magnetisatie van de bijbehorende bits te 'schakelen'.

Synthetische ferrimagnetten

conventioneel, het schakelen vindt plaats wanneer een extern magnetisch veld wordt aangelegd, die de richting van de polen ofwel omhoog (1) of omlaag (0) zou dwingen. Alternatief, schakelen kan worden bereikt door toepassing van een korte (femtoseconde) laserpuls, wat volledig optisch schakelen wordt genoemd, en resulteert in een efficiëntere en veel snellere opslag van gegevens.

Mark Lalieu, doctoraat kandidaat bij de faculteit Technische Natuurkunde van de TU/e:'All-optical switching voor dataopslag is al zo'n tien jaar bekend. Toen volledig optische schakeling voor het eerst werd waargenomen in ferromagnetische materialen - een van de meest veelbelovende materialen voor magnetische geheugenapparaten - kreeg dit onderzoeksveld een grote boost'. Echter, het schakelen van de magnetisatie in deze materialen vereist meerdere laserpulsen en, dus, lange schrijftijden van gegevens.

Gegevens duizend keer sneller opslaan

Lalieu, onder leiding van Reinoud Lavrijsen en Bert Koopmans, was in staat om volledig optische schakeling te realiseren in synthetische ferrimagnetten - een materiaalsysteem dat zeer geschikt is voor spintronische datatoepassingen - met behulp van enkele femtoseconde laserpulsen, dus gebruik makend van de hoge snelheid van het schrijven van gegevens en een lager energieverbruik.

Dus hoe verhoudt volledig optische schakeling zich tot moderne magnetische opslagtechnologieën? Lalieu:"Het schakelen van de magnetisatierichting met behulp van de enkelvoudige, volledig optische schakeling is in de orde van picoseconden, wat ongeveer 100 tot 1000 keer sneller is dan wat mogelijk is met de huidige technologie. Bovendien, omdat de optische informatie wordt opgeslagen in magnetische bits zonder de noodzaak van dure elektronica, het heeft een enorm potentieel voor toekomstig gebruik in fotonische geïntegreerde schakelingen."

'On-the-fly' gegevens schrijven

In aanvulling, Lalieu integreerde volledig optische schakeling met het zogenaamde racetrack-geheugen - een magnetische draad waardoor de gegevens, in de vorm van magnetische bits, wordt efficiënt getransporteerd met behulp van een elektrische stroom. In dit systeem, magnetische bits worden continu geschreven met behulp van licht, en onmiddellijk langs de draad getransporteerd door de elektrische stroom, ruimte laten om magnetische bits te legen en, dus, nieuwe gegevens worden opgeslagen.

Koopmans:"Dit 'on the fly' kopiëren van informatie tussen licht- en magnetische circuits, zonder enige tussenliggende elektronische stappen, is als uit een rijdende hogesnelheidstrein naar een andere springen. Van een 'fotonische Thalys' naar een 'magnetische ICE', zonder tussenstops. U zult de enorme snelheidsverhoging en verlaging van het energieverbruik begrijpen die op deze manier kan worden bereikt".

Dit onderzoek is uitgevoerd op micrometrische draden. In de toekomst, kleinere apparaten op nanometerschaal moeten worden ontworpen voor een betere integratie op chips. In aanvulling, werken aan de uiteindelijke integratie van het fotonische geheugenapparaat, de groep Physics of Nanostructure is momenteel ook bezig met het onderzoek naar het uitlezen van de (magnetische) data, wat ook volledig optisch kan.