"Mēs vēlējāmies izpētīt optoģenētisko mijiedarbību fiziku," sacīja Rahuls Jangids, kurš vadīja projekta datu analīzi, vienlaikus iegūstot doktora grādu. materiālu zinātnē un inženierzinātnēs Roopali Kukreja, UC Davis asociētā profesora vadībā. "Kas notiek, kad jūs sasniedzat magnētisko domēnu ar ļoti īsu lāzera impulsu?"
Domēns ir reģions magnētā, kas pārvēršas no ziemeļpola uz dienvidu polu. Šis rekvizīts tiek izmantots datu glabāšanai, piemēram, datora cietajos diskos.
Jangid un viņa kolēģi atklāja, ka tad, kad magnēts tiek trāpīts ar impulsa lāzeru, domēna sienas feromagnētiskajā slānī pārvietojas ar aptuveni 66 kilometriem sekundē, kas ir aptuveni 100 reizes ātrāk nekā iepriekš uzskatītais ātruma ierobežojums.
Domēna sienas, kas pārvietojas ar šādu ātrumu, var būtiski ietekmēt datu uzglabāšanu un apstrādi, nodrošinot ātrāku, stabilāku atmiņu un samazinot spintronikas ierīču, piemēram, cieto disku, enerģijas patēriņu, kas izmanto elektronu griešanos vairākos magnētisko metālu slāņos, lai uzglabātu. apstrādāt vai pārsūtīt informāciju.
"Neviens nedomā, ka šīs sienas var pārvietoties tik ātri, jo tām ir jāsasniedz savas robežas," sacīja Jangids. "Tas izklausās absolūti banāni, bet tā ir patiesība." Tas ir "banāni" Walker sabrukšanas fenomena dēļ, kas saka, ka domēna sienas var nobīdīt tik tālu ar noteiktu ātrumu, pirms tās efektīvi sadalās un pārstāj kustēties. Tomēr šis pētījums sniedz pierādījumus tam, ka lāzerus var izmantot, lai vadītu domēna sienas ar iepriekš nezināmu ātrumu.
Lai gan lielākā daļa personisko ierīču, piemēram, klēpjdatoru un mobilo tālruņu, izmanto ātrākus zibatmiņas diskus, datu centros tiek izmantoti lētāki, lēnāki cietie diski. Tomēr katru reizi, kad tiek apstrādāta vai apgriezta daļa informācijas, diskdziņi sadedzina daudz enerģijas, izmantojot magnētisko lauku, lai vadītu siltumu caur spolēm. Ja diskdziņi varētu izmantot lāzera impulsus uz magnētiskajiem slāņiem, ierīces darbotos ar zemāku spriegumu un bitu pārslēgšanai nepieciešamā enerģija tiktu ievērojami samazināta.
Pašreizējās prognozes liecina, ka līdz 2030. gadam IKT nodrošinās 21 procentu no pasaules enerģijas pieprasījuma, veicinot klimata pārmaiņas; šo secinājumu uzsvēra Jangids un līdzautori rakstā “Ārkārtējie domēna sienas ātrumi ultraātrās optiskās ierosmes apstākļos”, kas tika publicēts. 19. decembrī žurnālā Physical Review Letters. Atklājums notiek laikā, kad enerģijas taupīšanas tehnoloģiju meklēšana ir ļoti svarīga.
Lai veiktu eksperimentu, Jangid un viņa līdzstrādnieki, tostarp pētnieki no Nacionālā zinātnes un tehnoloģijas institūta; Kalifornijas Universitāte, Sandjego; Kolorādo Universitāte, Kolorādospringsa; un Stokholmas Universitātē, izmantoja daudznozaru pētniecības iekārtu brīvo elektronu lāzera starojumam (MFRF), brīvo elektronu lāzera avotu, kas atrodas Triestē, Itālijā.
"Brīvo elektronu lāzers ir traka iekārta," sacīja Jangids. "Tā ir 2-jūdzi gara vakuuma caurule, kurā jūs paņemat sauju elektronu, paātrina tos līdz gaismas ātrumam un, visbeidzot, šūpojat tos apkārt, lai radītu tik spilgtus rentgena starus, ka, ja neesat piesardzīgs, Paraugu var iztvaicēt, piemēram, visas saules gaismas, kas krīt uz Zemi, fokusēšanu uz vienu santīmu – tieši tik daudz fotonu plūsmas mums ir pie brīvo elektronu lāzera.
Fermi grupa izmantoja rentgena starus, lai noteiktu, kas notiek, kad nanomēroga magnēti ar vairākiem kobalta, dzelzs un niķeļa slāņiem tiek ierosināti ar femtosekundes impulsiem. Femtosekunde ir definēta kā 10 līdz mīnus piecpadsmitā daļa no sekundes vai viena miljonā daļa no sekundes miljarddaļas.
"Sekundē ir vairāk femtosekundes nekā visuma laikmetā dienu," sacīja Jangids. "Tie ir ļoti mazi, ārkārtīgi ātri mērījumi, un tiem ir grūti saprast."
Jangid analizē datus un ir atklājis, ka tieši šie īpaši ātrie lāzera impulsi ierosina feromagnētisko slāni, izraisot domēna sienu pārvietošanos. Pamatojoties uz to, cik ātri šīs domēna sienas pārvietojas, pētījums liecina, ka šīsīpaši ātrs lāzersimpulsi varētu pārslēgt saglabātos informācijas bitus aptuveni 1 000 reizi ātrāk nekā mūsdienās izmantotās metodes, kuru pamatā ir magnētiskais lauks vai spin-strāva.
Šī metode ir tālu no praktiska, jo pašreizējie lāzeri patērē daudz enerģijas. Tomēr Jangid saka, ka procesi, kas līdzīgi tiem, ko izmanto kompaktdiski, lai uzglabātu informāciju, izmantojot lāzerus un CD atskaņotājus, lai atskaņotu informāciju, izmantojot lāzerus, varētu darboties nākotnē.
Nākamie soļi ietver to mehānismu fizisko īpašību tālāku izpēti, kas nodrošina īpaši ātru domēna sienas ātrumu virs iepriekš zināmajiem ierobežojumiem, kā arī domēna sienas kustības attēlveidošanu. Šis pētījums turpināsies UC Davis Kukrejas vadībā. Tagad Jangid veic līdzīgus pētījumus Brukhevenas Nacionālās laboratorijas Nacionālajā sinhrotrona gaismas avotā 2.
"Ir daudzi īpaši ātru parādību aspekti, kurus mēs tikai sākam saprast," sacīja Jangids. "Es ļoti vēlos risināt dažus neatrisinātos jautājumus, kas varētu atklāt pārveidojošus sasniegumus mazjaudas spintronikā, datu glabāšanā un informācijas apstrādē."
Vairāk lasiet plkst
