internet zoekopdrachten, Tien jaar oude e-mails en on-demand video-aanbiedingen dragen bij aan het elektriciteitsverbruik van Amerikaanse serverparken en datacenters, wat neerkomt op meer dan 2 procent van het jaarlijkse totaal van het land.

Die datacenters, die miljoenen schijven gebruiken en enorme hoeveelheden digitale gegevens bevatten, verbruiken zo'n 70 miljard kilowattuur per jaar aan energie. Eén kWh is voldoende om een ​​smartphone ongeveer een jaar opgeladen te houden. Tegen een gemiddelde kostprijs van 10 cent per kWh, de jaarlijkse kosten van al die stroom bedragen ongeveer $ 7 miljard.

Een methode die mogelijk het energieverbruik in magnetische geheugenapparaten kan verminderen en hun snelheden kan verbeteren, wordt nu ontwikkeld aan de Purdue University. De methode omvat een combinatie van spintronische en fotonische materialen, waar ultrakorte laserpulsen worden gebruikt om intense magnetische velden te genereren om de spinoriëntatie van magnetische materialen te manipuleren.

"We hebben deze twee velden samengebracht om een ​​oplossing te vinden voor een decennia oud probleem, " zei Ernesto Marinero, een professor in materiaalkunde en elektrische en computertechniek in Purdue's College of Engineering. "We wilden snellere manieren vinden om de magnetisatie in spintronische geheugenapparaten op nanoschaal te veranderen."

Marinero werkte samen met Vlad Shalaev en Alexandra Boltasseva, fotonica-experts en professoren in Purdue's College of Engineering, om een ​​nieuwe magneto-fotonica-inspanning te ontwikkelen om licht te gebruiken om magnetisatieprocessen voor een verscheidenheid aan toepassingen te regelen, wat resulteert in ultrasnelle schakelbare apparaten.

"We zijn een van de eersten die met succes een methode hebben ontwikkeld voor volledig optische schakeling van on-chip nanomagneten in geheugenmodules met hoge dichtheid, ' zei Marinero.

Deze opkomende technologie omvat collectieve elektronengolven, of plasmonen, geactiveerd wanneer licht een materiaal op nanoschaal raakt, zoals een metaal dat de elektronengolven kan ondersteunen. Deze plasmonen genereren intense, ultrakorte magnetische velden op het grensvlak van oordeelkundig gekozen optische en magnetische materialen.

Door de eigenschappen van het invallende licht te veranderen, de richting van het resulterende magnetische veld is omgekeerd, die de manipulatie van de magnetische oriëntatie in het magnetische materiaal mogelijk maakt, een kritische vereiste voor magnetische informatieopslag. Numerieke simulaties uitgevoerd door Aveek Dutta, een afgestudeerde student in de techniek, voorspellen grote magnetische veldverbeteringen aangedreven door geïnduceerde plasmonexcitaties.

De methode van het Purdue-team omvat het gebruik van de kracht van optica, door functies die gelokaliseerde oppervlakteplasmonresonanties worden genoemd, om licht aan nanomagneten te koppelen en snellere schakelsnelheden voor spintronische apparaten en mogelijk lager energieverbruik te produceren. Het licht maakt het mogelijk om de magnetisatieoriëntatie te veranderen, het belangrijkste principe achter het digitaal coderen van informatie in magnetische opslagapparaten.

"Wij geloven dat onze methode uiteindelijk kan leiden tot schrijfsnelheden van 1 000 keer sneller dan de huidige, "Zei Marinero. "Een van onze belangrijkste gebieden voor succes is het blijven ontwikkelen van materialen die op een efficiënte manier in wisselwerking staan ​​met de magneten."