تدور الحياة الحديثة حول البيانات ، مما يعني أننا بحاجة إلى طرق جديدة وسريعة وموفرة للطاقة لقراءة البيانات وكتابتها على أجهزة التخزين. مع تطور تقنية التبديل البصري الكامل للمواد المغناطيسية (AOS) ، حظيت الطريقة الضوئية لاستخدام نبضات الليزر بدلاً من المغناطيس لكتابة البيانات باهتمام كبير في العقد الماضي. على الرغم من أن تقنية AOS سريعة وموفرة للطاقة ، إلا أنها تواجه مشاكل تتعلق بالدقة. ابتكر باحثون في جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا طريقة جديدة تستخدم المواد المغناطيسية الحديدية كمرجع لكتابة البيانات بدقة في طبقة الكوبالت-الجادولينيوم (Co / Gd) باستخدام نبضات الليزر. نُشر بحثهم في مجلة Nature Communications.
تقوم المواد المغناطيسية الموجودة في محركات الأقراص الثابتة والأجهزة الأخرى بتخزين البيانات في شكل أجزاء كمبيوتر. تقليديا ، تتم قراءة البيانات وكتابتها على القرص الصلب عن طريق تحريك مغناطيس صغير على المادة. ومع ذلك ، مع استمرار زيادة الطلب على إنتاج البيانات واستهلاكها والوصول إليها وتخزينها ، هناك طلب كبير على طرق أسرع وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة للوصول إلى البيانات وتخزينها وتسجيلها.
يعتبر التحويل البصري الكامل للمواد المغناطيسية طريقة واعدة من حيث السرعة وكفاءة الطاقة. يستخدم المفتاح الضوئي بالكامل نبضات ليزر فيمتوثانية لتغيير اتجاه الدوران المغناطيسي على مقياس البيكو ثانية. يمكن استخدام آليتين لكتابة البيانات: مفاتيح تبديل متعددة النبضات وذات نبضة واحدة. في مفتاح متعدد النبضات ، يكون الاتجاه النهائي للدوران حتميًا ، مما يعني أنه يمكن تحديده مسبقًا باستقطاب الضوء. ومع ذلك ، تتطلب هذه الآلية عادةً عدة أشعة ليزر ، مما يقلل من سرعة وكفاءة الكتابة.
من ناحية أخرى ، ستكون سرعة الكتابة أحادية النبضة أسرع بكثير ، لكن البحث على المفتاح الضوئي أحادي النبضة يُظهر أن التبديل أحادي النبضة هو عملية انزلاق. هذا يعني أن تغيير حالة بت مغناطيسي معين يتطلب معرفة مسبقة بالبتة. بعبارة أخرى ، يجب قراءة حالة BIT قبل الكتابة فوقها ، مما يقدم مرحلة قراءة لعملية الكتابة ، وبالتالي يحد من السرعة.
الطريقة الأفضل هي طريقة التحويل البصري الشامل أحادية النبضة ، حيث يعتمد الاتجاه النهائي للبت فقط على العملية المستخدمة لضبط وإعادة تعيين البت. في الوقت الحالي ، طور الباحثون في مجموعة البنية النانوية بقسم الفيزياء التطبيقية بجامعة أيندهوفن للتكنولوجيا طريقة جديدة لتحقيق الكتابة القطعية أحادية النبضة في مواد التخزين المغناطيسية ، مما يجعل عملية الكتابة أكثر دقة.
مصدر الصورة: جامعة ايندهوفن للتكنولوجيا
في تجربتهم ، صمم باحثون من جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا نظام كتابة يتكون من ثلاث طبقات - طبقة مرجعية مغنطيسية حديدية مصنوعة من الكوبالت والنيكل ، والتي تساعد أو تمنع الطبقة الحرة في الطبقة الحرة. مفتاح دوار ، طبقة فاصلة موصلة من النحاس (Cu) أو طبقة فجوة ، وطبقة خالية من Co / Gd قابلة للتحويل بصريًا. سمك الطبقة المركبة أقل من 15 نانومتر.
بمجرد تحفيزها بواسطة ليزر الفيمتو ثانية ، يتم إزالة مغناطيسية الطبقة المرجعية في أقل من 1 بيكو ثانية. يتم بعد ذلك تحويل بعض الزخم الزاوي المفقود المرتبط بالدوران في الطبقة المرجعية إلى تيار دوران يحمله الإلكترون. تدور الدورات في التيار في نفس اتجاه الدورات في الطبقة المرجعية.
ينتقل تيار الدوران هذا من الطبقة المرجعية عبر طبقة المباعد النحاسية (السهم الأبيض في الشكل) إلى الطبقة الحرة ، حيث يمكن أن يساعد أو يمنع تبديل الدوران في الطبقة الحرة. هذا يعتمد على اتجاه الدوران النسبي للطبقة المرجعية والطبقة الحرة.
سيؤدي تغيير طاقة الليزر إلى حالتين. أولاً ، فوق العتبة ، يتم تحديد اتجاه الدوران النهائي في الطبقة الحرة تمامًا بواسطة الطبقة المرجعية ؛ ثانياً ، فوق عتبة أعلى ، لوحظ التبديل. أظهر الباحثون أنه يمكن استخدام هاتين الآليتين لكتابة حالة الدوران للطبقة الحرة بدقة دون النظر إلى حالتها الأولية أثناء عملية الكتابة. يوفر هذا الاكتشاف تطورًا مهمًا لتوسيعنا المستقبلي لأجهزة تخزين البيانات.