Jak jeszcze bardziej wydajnie niż dotychczas można zapisać bity magnetyczne, a także skasować zapisaną informację, nie zmieniając kierunku polaryzacji światła? Sposób na to zaprezentowali w najnowszej publikacji fizycy z Uniwersytetu w Białymstoku.
Badacze z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku w ostatnich latach odkryli szereg nowych mechanizmów wyjaśniających oddziaływania promieniowania laserowego z materią w ultrakrótkiej skali femtosekund (to biliardowe części sekundy). Wyniki tych prac były już kilkukrotnie publikowane w wiodących czasopismach naukowych. Naukowcy odkryli m.in. że trwały zapis fotomagnetyczny w dielektrycznych warstwach granatów jest możliwy przy wykorzystaniu spolaryzowanych liniowo femtosekundowych impulsów laserowych. Zmiana polaryzacji impulsu prowadzi do odwracalnego przełączenia kierunku magnetyzacji, zapisując lub kasując odpowiednio stany binarne 0 oraz 1.
W kolejnych badaniach przeprowadzonych w ostatnich latach zweryfikowaliśmy nowe hipotezy i zaprezentowaliśmy niezwykle efektywny sposób, jak jeszcze bardziej wydajnie niż dotychczas można zapisać bity magnetyczne, a także skasować zapisaną informację nie zmieniając kierunku polaryzacji światła – tłumaczy prof. Andrzej Stupakiewicz.
Właśnie tego dotyczy najnowsza publikacja na łamach Nature Communications. Autorzy wykorzystali w badaniach nowe warstwy granatów domieszkowanych kobaltem, modyfikując w nich zarówno wartość anizotropii magnetycznej (parametr decydujący często o kierunkach magnesowania), jak i symetrię magnetokrystaliczną. Jak opisują, w warstwach tych kierunki magnetyzacji zostały zrównoważone energetycznie. To spowodowało, że kierunek liniowej polaryzacji impulsu światła wykorzystany do przełączania magnetyzacji znajduje się dokładnie pomiędzy dwoma kierunkami magnetyzacji odpowiadającym stanom binarnym 0’oraz 1.
Taka symetria, jak obrazowo wyjaśniają, pozwala uzyskać tzw. stan bistabilny, tak jak w zwykłym przełączniku elektrycznym. Pierwszy w kolejności impuls z lasera (tak jak pierwsze kliknięcie przełącznika zapalające żarówkę) przełącza kierunek magnetyzacji zapisując stan 1. Natomiast kolejny identyczny impuls przełącza zwrotnie, do stanu pierwotnego 0 (podobnie jak drugie kliknięcie przełącznika, gaszące żarówkę). Tym samym uzyskuje się cykliczne
przełączanie kierunku magnetyzacji bez zmiany polaryzacji światła, w sposób powtarzalny i odwracalny.
Co więcej, z badań wynika, że podczas przełączania dyssypacja ciepła, czyli jego rozpraszanie oraz czas przełączania są kilkukrotnie mniejsze, niż przy prezentowanych dotychczas metodach zapisu magnetycznego. Ponadto proces zapisu-kasowania bitów może być powtarzalny nieskończenie długo. Jak twierdzą autorzy publikacji, nowy mechanizm zwrotnego przełączania powoduje, że zapis bitów jest możliwy do zrealizowania nawet z częstotliwością sięgającą 50 GHz i nie wymaga dodatkowego układu zmieniającego polaryzację światła.
Do przeprowadzenia badań zbudowałem unikalne stanowisko pomiarowe, umożliwiające wykonanie obrazowania stanów magnetyzacji w trakcie zapisu fotomagnetycznego. Rejestrując serię obrazów, z których każdy jest uzyskany przy wykorzystaniu tylko jednego impulsu laserowego trwającego 50 femtosekund, możliwe było uzyskanie wglądu w dynamikę ruchu magnetyzacji – tłumaczy dr Tomasz Zalewski, wiodący autor publikacji, który po obronie pracy doktorskiej wyjechał na trwający właśnie kilkuletni staż podoktorski do Radboud University w Holandii.
Dodaje, że w wyniku badań zademonstrowano rekordowo szeroki zakres temperatur, od -100 do +100 stopni Celsjusza, w których zapis magnetyczny jest stabilny. Ponadto osiągnęliśmy rekordowe parametry zapisu, kilkukrotnie poprawiając jego wydajność w porównaniu z innymi obecnie znanymi mechanizmami umożliwiającymi rejestrowanie danych.
Od września tego roku fizycy z UwB włączają się w kolejny, czteroletni projekt o tej tematyce, który będzie koordynowany przez Radboud University z Holandii. Jego celem jest kontynuacja integracji badawczej ogólnoeuropejskiej sieci jednostek naukowych oraz przemysłowych, w celu opracowania nowej technologii opto-magnetycznego zapisu i przetwarzania informacji.
źródło: UwB