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设备和结构

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太赫兹光脉冲加速旋转开关

22 May 2019 IsabelleDumé.
材料磁化切换最短时间尺度
以最小的能量成本实现最短时间尺度的材料磁化切换。信用:@ Tsarcyanide / Mipt Press Office

一种新的技术以迅速扭转磁体的极性,即其所有旋转相干旋转的方式可用于开发更节能的数据存储设备和未来的超快速计算机。该技术,通过将太赫兹频率光的超短脉冲施加到磁铁,不会产生任何浪费,并且需要很少的能量 - 只需每旋转的一个光子。

现代计算机硬盘通过使用电流产生的磁场脉冲定向磁性材料中的旋转,将数据编码为二元零。此过程消耗了大量的能量(并且相对较慢)。事实上,今天的数据中心在世界上的2%和5%之间消耗,产生余热,又需要更大的电力,冷却服务器。

俄罗斯,德国和荷兰的研究人员现在已经利用了一种小说,在太赫兹光脉冲和磁旋流之间的电场之间的前所未有的强烈相互作用。效果, 他们在2016年发现了哪些 在防铁磁性材料硫代铁矿石中,使旋转振荡大幅度。他们发现这种互动仍然不足以转换旋转的方向,即使使用最强大的THz辐射源。

为了能够用Thz灯切换旋转,团队设计和制造了一种特殊的纳米天线(由金制成),并将其放在镍铁矿石镁的顶部。天线具有等离子体模式(金属的传导电子的集体振荡),其增加了光和天线之间的耦合。

增强当地光场

该器件收集并聚焦在THz频率下的光,并增强了10次的局部光电场。 “这款电场现在足够强大,以引导所有潜在能量障碍的所有旋转的磁化,并进入新的方向,只是PicoSeconds,”队员解释说 Rostislav Mikhaylovskiy.,以前在荷兰的拉德德大学,现在在英国兰开斯特大学。 “这是因为THz辐射的光子能量与将磁铁中的旋转所需的能量相媲美。”

并非全部:在切换过程中磁铁的温度不会增加,因为该过程需要只需一个量子的太赫兹光的能量 - 每种旋转的单个光子。

“纯电气自旋开关的速度通常限于电子电路中电容和电感的GHz范围,”团队成员解释说明 Christoph Lange. 德国雷根斯堡大学。 “然而,”最重要的是,电子设备本身患有欧姆能量损失和随后的加热。现代系统中的数据流程现在如此强烈,这种浪费已经限制了数据中心和超级计算设施的性能。我们的方法通过用轻脉冲替换电流来避免这种问题。“

连贯的旋转切换

为了证明它们确实观察到磁铁中所有旋转的相干切换,研究人员使用印迹在相对于THz脉冲延迟的短光脉冲上印刷的偏振旋转来监测自旋取向。 “如果初始自旋偏转不足以同步自旋切换,我们观察到极化旋转中的正弦波,振荡信号,”Mikhaylovskiy解释说。另一方面,如果转换旋转,我们将观察到振荡顶部的“跳动”签名,这是旋转的特征“指纹”在潜在的屏障上偏转到相邻的局部势能最小值。“

Mikhaylovskiy告诉我们,我们的工作是全球对全球研究努力的重大里程碑,以便通过THz脉冲完成旋转的旋转。 物理世界。 “与现有技术相比,我们开发的技术可以在大大提高速度方面实现高度节能的数据存储。更重要的是,通过极低的能量耗散实现的相干动力学甚至可以基于THz时钟速率的固态旋转的量子信息处理。

该团队还包括 斯蒂芬施莱德r和 Rupert Huber. 来自雷根斯堡大学, Alexey Kimel. Radboud大学和 Anatoly Zvezdin 从俄罗斯科学院,现在计划在兰卡斯特大学的新超速激光器继续研究,在Cockroft Institute的加速器。这些设施能够产生强烈的THZ光脉冲,并且新的实验将使研究人员使用THz光脉冲来确定磁记录的实用和基本速度和能量限制。

研究详细说明 自然 10.1038 / s41586-019-1174-7.

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