"Halusimme tutkia optogeneettisten vuorovaikutusten fysiikkaa", sanoi Rahul Jangid, joka johti projektin data-analyysiä samalla kun hän ansaitsi tohtorin tutkinnon. materiaalitieteessä ja tekniikassa UC Davisin apulaisprofessorin Roopali Kukrejan johdolla. "Mitä tapahtuu, kun osut magneettiseen alueeseen hyvin lyhyellä laserpulssilla?"
Alue on magneetin sisällä oleva alue, joka kääntyy pohjoisnavasta etelänavalle. Tätä ominaisuutta käytetään tietojen tallentamiseen, kuten tietokoneen kiintolevyasemiin.
Jangid ja hänen kollegansa havaitsivat, että kun magneetti osuu pulssilaserin avulla, ferromagneettisen kerroksen alueen seinämät liikkuvat noin 66 kilometriä sekunnissa, mikä on noin 100 kertaa nopeammin kuin aiemmin ajateltu nopeusrajoitus.
Tällaisilla nopeuksilla liikkuvat verkkoalueen seinät voivat vaikuttaa dramaattisesti tietojen tallentamiseen ja käsittelyyn, mikä tarjoaa nopeamman, vakaamman muistin ja vähentää spintroniikkalaitteiden, kuten kiintolevyasemien, energiankulutusta, jotka käyttävät elektronipyörityksiä useissa magneettisen metallikerroksen sisällä tallentamiseen. käsitellä tai lähettää tietoja.
"Kukaan ei usko, että nämä seinät voivat liikkua näin nopeasti, koska niiden pitäisi saavuttaa rajansa", Jangid sanoi. "Se kuulostaa täysin banaanilta, mutta se on totta." Se on "banaaneja", koska Walkerin hajoamisilmiö sanoo, että verkkoalueen seinät voidaan työntää vain niin pitkälle tietyllä nopeudella, ennen kuin ne tehokkaasti hajoavat ja lakkaavat liikkumasta. Tämä tutkimus tarjoaa kuitenkin todisteita siitä, että lasereita voidaan käyttää verkkoalueen seinien ohjaamiseen aiemmin tuntemattomilla nopeuksilla.
Useimmat henkilökohtaiset laitteet, kuten kannettavat tietokoneet ja matkapuhelimet, käyttävät nopeampia flash-asemia, kun taas datakeskukset käyttävät halvempia, hitaampia kiintolevyjä. Kuitenkin joka kerta kun vähän tietoa käsitellään tai käännetään, taajuusmuuttajat polttavat paljon energiaa käyttämällä magneettikenttää lämmön johtamiseen kelojen läpi. Jos taajuusmuuttajat voisivat käyttää laserpulsseja magneettisissa kerroksissa, laitteet toimisivat pienemmillä jännitteillä ja bittien kääntämiseen tarvittava energia vähenisi huomattavasti.
Tämänhetkiset ennusteet viittaavat siihen, että tieto- ja viestintätekniikan osuus maailman energiantarpeesta on 21 prosenttia vuoteen 2030 mennessä, mikä edistää ilmastonmuutosta, jonka Jangid ja muut kirjoittajat korostivat artikkelissa "Extreme Domain Wall Velocities under Ultrafast Optical Excitation", joka julkaistiin. 19. joulukuuta Physical Review Letters -lehdessä. Löytö tulee aikaan, jolloin energiaa säästävien teknologioiden etsiminen on kriittistä.
Kokeen suorittamiseksi Jangid ja hänen yhteistyökumppaninsa, mukaan lukien tutkijat National Institute of Science and Technologysta; Kalifornian yliopisto, San Diego; Coloradon yliopisto, Colorado Springs; ja Tukholman yliopisto käyttivät monitieteistä tutkimuslaitosta Free-Electron Laser Radiation (MFRF), vapaan elektronin laserlähdettä, joka sijaitsee Triestessä, Italiassa.
"Vapaiden elektronien laser on hullu laitos", Jangid sanoi. "Se on 2-mailin mittainen tyhjiöputki, josta otat kourallisen elektroneja, kiihdytät ne valonnopeuteen ja lopuksi käännät niitä ympäri saadaksesi niin kirkkaita röntgensäteitä, että jos et ole varovainen, Näyte voidaan höyrystää niin, että se keskittäisi kaiken maan päälle putoavan auringonvalon penniin - niin paljon fotonivirtaa meillä on vapaiden elektronien laserilla.
Fermissä ryhmä käytti röntgensäteitä mitatakseen, mitä tapahtuu, kun nanomittakaavaiset magneetit, joissa on useita kerroksia kobolttia, rautaa ja nikkeliä, viritetään femtosekunnin pulsseilla. Femtosekunti määritellään 10:stä miinus viidestoistaosaan sekunnista tai yhdeksi miljoonasosaksi sekunnin miljardisosasta.
"Sekunnissa on enemmän femtosekunteja kuin universumin aikakaudella päiviä", Jangid sanoi. "Nämä ovat hyvin pieniä, erittäin nopeita mittauksia, ja niistä on vaikea saada päätäsi kiinni."
Jangid analysoi tietoja ja on havainnut, että nämä ultranopeat laserpulssit kiihottavat ferromagneettista kerrosta ja saavat alueen seinät liikkumaan. Sen perusteella, kuinka nopeasti nämä verkkoalueen seinät liikkuvat, tutkimus ehdottaa, että nämäultranopea laserpulssit voisivat vaihtaa tallennettuja informaatiobittejä noin 1,000 kertaa nopeammin kuin nykyään käytetyt magneettikenttä- tai spin-virtapohjaiset menetelmät.
Tekniikka on kaukana käytännöllisestä, koska nykyiset laserit kuluttavat paljon tehoa. Jangid sanoo kuitenkin, että prosessit, jotka ovat samankaltaisia kuin mitä CD-levyt käyttävät tietojen tallentamiseen laserilla ja CD-soittimilla tietojen toistamiseen laserilla, voisivat toimia tulevaisuudessa.
Seuraaviin vaiheisiin kuuluu sellaisten mekanismien fysikaalisten ominaisuuksien tutkiminen, jotka mahdollistavat ultranopean verkkoalueen seinämän nopeudet yli aiemmin tunnetut rajat, sekä alueen seinän liikkeen kuvaaminen. Tämä tutkimus jatkuu UC Davisissa Kukrejan johdolla. Jangid tekee nyt samanlaista tutkimusta National Synchrotron Light Source 2:ssa Brookhaven National Laboratoryssa.
"Ultranopeissa ilmiöissä on monia näkökohtia, joita olemme vasta alkamassa ymmärtää", Jangid sanoi. "Olen innokas käsittelemään joitakin ratkaisemattomia kysymyksiä, jotka voivat avata muuttavaa kehitystä pienitehoisessa spintroniikassa, tietojen tallentamisessa ja tietojenkäsittelyssä."
Lue lisää osoitteessa
