Onderzoekers van CRANN en Trinity's School of Physics hebben ontdekt dat een nieuw materiaal kan fungeren als een supersnelle magnetische schakelaar.

Wanneer het wordt geraakt door opeenvolgende ultrakorte laserpulsen, vertoont het "toggle-switching" dat de capaciteit van het wereldwijde glasvezelkabelnetwerk met een orde van grootte zou kunnen vergroten.

De capaciteit van internet uitbreiden

Schakelen tussen twee toestanden - 0 en 1 - is de basis van digitale technologie en de ruggengraat van internet. De overgrote meerderheid van alle gegevens die we downloaden, wordt magnetisch opgeslagen in enorme datacenters over de hele wereld, verbonden door een netwerk van optische vezels.

Belemmeringen voor verdere vooruitgang met internet zijn drievoudig, specifiek de snelheid en het energieverbruik van de halfgeleidende of magnetische schakelaars die onze gegevens verwerken en opslaan en de capaciteit van het glasvezelnetwerk om deze te verwerken.

De nieuwe ontdekking van ultrasnel schakelen met behulp van laserlicht op spiegelachtige films van een legering van mangaan, ruthenium en gallium, bekend als MRG, kunnen bij alle drie de problemen helpen.

Licht biedt niet alleen een groot voordeel als het gaat om snelheid, maar magnetische schakelaars hebben geen stroom nodig om hun toestand te behouden. Belangrijker, ze bieden nu het vooruitzicht van snelle tijd-domein multiplexing van het bestaande glasvezelnetwerk, waardoor het tien keer zoveel gegevens zou kunnen verwerken.

De wetenschap achter magnetisch schakelen

Werken in het fotonica laboratorium bij CRANN, Trinity's nanowetenschappelijk onderzoekscentrum, Dr. Chandrima Banerjee en Dr. Jean Besbas gebruikten ultrasnelle laserpulsen van slechts honderd femtoseconden (een tienduizend miljardste van een seconde) om de magnetisatie van dunne films van MRG heen en weer te schakelen. De magnetisatierichting kan zowel in als uit de film wijzen.

Bij elke volgende laserpuls, het verandert abrupt zijn richting. Men denkt dat elke puls de elektronen in MRG tijdelijk met ongeveer 1 verwarmt. 000 graden, wat leidt tot een omslag van zijn magnetisatie. De ontdekking van de ultrasnelle toggle-switching van MRG is zojuist gepubliceerd in een toonaangevend internationaal tijdschrift, Natuurcommunicatie .

Dr. Karsten Rode, Senior Research Fellow in de "Magnetism and Spin Electronics Group" in Trinity's School of Physics, suggereert dat de ontdekking slechts het begin markeert van een opwindende nieuwe onderzoeksrichting.

Dr. Rode zei:"We hebben veel werk te doen om het gedrag van de atomen en elektronen in een vaste stof die op een femtoseconde tijdschaal verre van evenwicht is, volledig te begrijpen. hoe kan magnetisme zo snel veranderen terwijl het gehoorzaamt aan de fundamentele natuurwet die zegt dat impulsmoment moet worden behouden? In de geest van ons spintronica-team, we gaan nu gegevens verzamelen van nieuwe gepulseerde laserexperimenten op MRG, en andere materialen, om deze dynamiek beter te begrijpen en de ultrasnelle optische respons te koppelen aan elektronisch transport. We plannen experimenten met ultrasnelle elektronische pulsen om de hypothese te testen dat de oorsprong van de toggle-schakeling puur thermisch is."

Volgend jaar, Chandrima zal haar werk voortzetten aan de Universiteit van Haifa, Israël, met een groep die nog kortere laserpulsen kan genereren. De Trinity-onderzoekers, onder leiding van Karsten, een nieuw gezamenlijk project plannen met medewerkers in Nederland, Frankrijk, Noorwegen en Zwitserland, gericht op het bewijzen van het concept van ultrasnelle, tijddomein multiplexing van glasvezelkanalen.