Perustaa ultranopealle magneettiselle muistille

Kuva magneettisen momentin presessiosta ilman (vasemmalla) ja nuokkumisella. Grafiikka: Kumar Neeraj ja Olav Hellwig

Kansainvälinen tutkimusryhmä, jota veti Chemnitzin teknillinen yliopisto, on tarkkaillut ensimmäistä kertaa erittäin nopeaa liikettä ferromagneettisissa ohutkalvojärjestelmissä.

Nykyaikaisissa ferromagneettisiin materiaaleihin perustuvissa muisti- ja tietojenkäsittelytekniikoissa on välttämätöntä ymmärtää magneettisten ilmiöiden dynamiikka terahertsien alueella.

Tulokset ovat nyt saatavissa kansainvälisen tutkimusryhmän perustutkimuksesta, joka avaa mahdollisia sovelluksia nopeampaan ja energiatehokkaampaan tiedonsiirtoon terahertsin alueella.

Kyseessä on ensimmäisen kerran havaittu ultranopea nutaatio eli nuokkuminen ferromagneettisissa ohutkalvojärjestelmissä.

Käytetty menetelmä oli yleinen "pumppu/koetin koe". Tätä varten tutkijat säteilyttivät ohutkalvonäytteitä ultralyhyellä pulssisäteilyllä terahertsin aallonpituusalueella. Nämä havaittiin puolestaan ultralyhyellä, vaihtelevasti aikaviivästetyllä 800 nm:n femto-sekunnin laserpulssilla. Tällä tavalla joukkue testasi, kuinka näytteen magneettimomentit reagoivat terahertsin pulssiin.

"Näitä erittäin lyhyitä terahertsipulsseja voidaan käyttää magneettijärjestelmien kohdistamiseen ultralyhyillä asteikoilla ja toivottavasti pian niiden hallitsemisessa. Tällöin olemme jo tunnetun precession-liikkeen lisäksi havainneet tässä julkaisussa ensimmäistä kertaa ferromagneettisten momenttien nuokkumisliikkeen, joka tapahtuu vieläkin nopeammassa asteikossa", Olav Hellwig kertoo.

Dublinin Trinity Collegen tutkijat ovat kehittäneet magneettisen materiaalin, joka osoittaa nopeimman magneettikytkennän, jollaista on koskaan kirjattu.

Tämä löytö osoittaa materiaalin potentiaalin uuden sukupolven energiatehokkaille erittäin nopeille tietokoneille ja datan tallennusjärjestelmille.

Tutkijat saavuttivat ennennäkemättömän vaihtonopeutensa metalliseoksessa nimeltä MRG, jonka ryhmä syntetisoi vuonna 2014 mangaanista, ruteniumista ja galliumista. Kokeessa ryhmä iski ohutkalvoiseen MRG:hen purskeen punaisella laservalolla, mikä tuottaa megawatin verran energiaa alle sekunnin miljardisosassa.

Lämmönsiirto vaihtaa magneettinen suunta MRG:ssä. Tämän ensimmäisen muutoksen saavuttaminen vie vain kymmenesosan pikosekunnista. Mutta mikä tärkeintä, ryhmä huomasi voivansa vaihtaa suunnan takaisin 10 pikosekuntia myöhemmin. Tämä on nopein koskaan havaittu magneetin suunnan vaihtaminen ja vastaa noin 100 gigahertsin toimintataajuutta.

Löytö voi avata uusia mahdollisuuksia innovatiiviselle tietojenkäsittely- ja tietotekniikalle, kun otetaan huomioon magneettisten materiaalien merkitys tällä alalla. Uusien energiatehokkaiden tapojen löytäminen datan manipuloimiseksi sopivalla materiaalilla on maailmanlaajuista tutkimustyötä.

Aiheista aiemmin:

Magneettien manipulointia atomien tasolla

Valolla kirjoitettavia magneettisia muisteja

Valolla ohjattavaa magneettisuutta