Onderzoekers van CRANN (The Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices), en de School of Physics aan het Trinity College Dublin, heeft vandaag aangekondigd dat een magnetisch materiaal dat in het centrum is ontwikkeld, de snelste magnetische schakeling ooit heeft geregistreerd.

Het team gebruikte femtoseconde lasersystemen in het Photonics Research Laboratory in CRANN om de magnetische oriëntatie van hun materiaal in biljoensten van een seconde te wisselen en opnieuw te veranderen. zes keer sneller dan het vorige record, en honderd keer sneller dan de kloksnelheid van een personal computer.

Deze ontdekking demonstreert het potentieel van het materiaal voor een nieuwe generatie energiezuinige ultrasnelle computers en gegevensopslagsystemen.

De onderzoekers bereikten hun ongekende schakelsnelheden in een legering genaamd MRG, voor het eerst gesynthetiseerd door de groep in 2014 uit mangaan, ruthenium en gallium. In het experiment, het team raakte dunne films van MRG met uitbarstingen van rood laserlicht, levert megawatt vermogen in minder dan een miljardste van een seconde.

De warmteoverdracht verandert de magnetische oriëntatie van MRG. Het duurt een onvoorstelbaar snelle tiende van een picoseconde om deze eerste verandering te bereiken (1 ps =een biljoenste van een seconde). Maar, belangrijker, het team ontdekte dat ze de oriëntatie 10 biljoenste van een seconde later weer konden veranderen. Dit is de snelste omschakeling van de oriëntatie van een magneet die ooit is waargenomen.

Hun resultaten worden deze week gepubliceerd in het toonaangevende natuurkundetijdschrift, Fysieke beoordelingsbrieven .

De ontdekking zou nieuwe wegen kunnen openen voor innovatieve computer- en informatietechnologie, gezien het belang van magnetische materialen in deze industrie. Verborgen in veel van onze elektronische apparaten, evenals in de grootschalige datacenters in het hart van internet, magnetische materialen lezen en slaan de gegevens op. De huidige informatie-explosie genereert meer data en verbruikt meer energie dan ooit tevoren. Nieuwe energie-efficiënte manieren vinden om gegevens te manipuleren, en bijpassende materialen, is een wereldwijde onderzoekspreoccupatie.

De sleutel tot het succes van de Trinity-teams was hun vermogen om ultrasnel te schakelen zonder enig magnetisch veld. Traditioneel schakelen van een magneet maakt gebruik van een andere magneet, wat zowel in termen van energie als tijd ten koste gaat. Bij MRG werd de omschakeling bereikt met een warmtepuls, gebruikmakend van de unieke interactie van het materiaal met licht.

Trinity-onderzoekers Jean Besbas en Karsten Rode bespreken één richting van het onderzoek:

"Magnetische materialen hebben van nature een geheugen dat voor logica kan worden gebruikt. schakelen van een magnetische toestand 'logische 0, ' naar een andere 'logische 1, ' is te energieverslindend en te traag geweest. Ons onderzoek richt zich op snelheid door aan te tonen dat we MRG in 0,1 picoseconde van de ene toestand naar de andere kunnen schakelen en cruciaal dat een tweede omschakeling slechts 10 picoseconden later kan volgen, wat overeenkomt met een operationele frequentie van ~ 100 gigahertz - sneller dan alles wat eerder is waargenomen.

"De ontdekking benadrukt het speciale vermogen van onze MRG om licht en spin effectief te koppelen, zodat we magnetisme met licht en licht met magnetisme kunnen beheersen op tot nu toe onbereikbare tijdschalen."

In een commentaar op het werk van zijn team, Professor Michael Coey, Trinity's School of Physics en CRANN, zei, "In 2014, toen mijn team en ik voor het eerst aankondigden dat we een volledig nieuwe legering van mangaan hadden gemaakt, ruthenium en gallium, bekend als MRG, we hadden nooit vermoed dat het materiaal dit opmerkelijke magneto-optische potentieel had.

"Deze demonstratie zal leiden tot nieuwe apparaatconcepten op basis van licht en magnetisme die kunnen profiteren van een sterk verhoogde snelheid en energie-efficiëntie, misschien uiteindelijk het realiseren van een enkel universeel apparaat met gecombineerde geheugen- en logische functionaliteit. Het is een enorme uitdaging, maar we hebben een materiaal getoond dat het mogelijk maakt. We hopen financiering en samenwerking met de industrie veilig te stellen om ons werk voort te zetten."