المادة المغناطيسية تحطم الرقم القياسي للتبديل بسرعة فائقة

أعلن الباحثون في CRANN (مركز أبحاث الهياكل النانوية التكيفية والأجهزة النانوية)، وكلية الفيزياء في كلية ترينيتي في دبلن، اليوم أنمادة مغناطيسيةالذي تم تطويره في المركز يوضح أسرع تبديل مغناطيسي تم تسجيله على الإطلاق.

استخدم الفريق أنظمة ليزر الفيمتو ثانية في مختبر أبحاث الضوئيات في CRANN لتبديل الاتجاه المغناطيسي لموادهم ثم إعادة تبديله في أجزاء من تريليون من الثانية، أي أسرع بست مرات من الرقم القياسي السابق، وأسرع بمئة مرة من سرعة الساعة. جهاز كمبيوتر شخصي.

يوضح هذا الاكتشاف إمكانات المادة لجيل جديد من أجهزة الكمبيوتر وأنظمة تخزين البيانات فائقة السرعة الموفرة للطاقة.

حقق الباحثون سرعات تحويل غير مسبوقة في سبيكة تسمى MRG، تم تصنيعها لأول مرة من قبل المجموعة في عام 2014 من المنغنيز والروثينيوم والغاليوم.في التجربة، ضرب الفريق أغشية رقيقة من MRG بدفعات من ضوء الليزر الأحمر، مما أدى إلى توفير ميغاوات من الطاقة في أقل من جزء من المليار من الثانية.

يؤدي نقل الحرارة إلى تبديل الاتجاه المغناطيسي لـ MRG.يستغرق الأمر عُشر بيكو ثانية سريعًا بشكل لا يمكن تصوره لتحقيق هذا التغيير الأول (1 ps = جزء من تريليون من الثانية).ولكن الأهم من ذلك هو أن الفريق اكتشف أن بإمكانهم تغيير الاتجاه مرة أخرى بعد 10 أجزاء من تريليون من الثانية.هذه هي أسرع عملية إعادة تبديل لاتجاه المغناطيس تمت ملاحظتها على الإطلاق.

سيتم نشر نتائجهم هذا الأسبوع في مجلة الفيزياء الرائدة Physical Review Letters.

ويمكن أن يفتح هذا الاكتشاف آفاقًا جديدة للحوسبة المبتكرة وتكنولوجيا المعلومات، نظرًا لأهميةمادة مغناطيسيةق في هذه الصناعة.إن المواد المغناطيسية المخبأة في العديد من أجهزتنا الإلكترونية، وكذلك في مراكز البيانات واسعة النطاق في قلب الإنترنت، تقرأ البيانات وتخزنها.يولد الانفجار المعلوماتي الحالي المزيد من البيانات ويستهلك طاقة أكثر من أي وقت مضى.إن العثور على طرق جديدة موفرة للطاقة لمعالجة البيانات والمواد المناسبة لها، يعد شاغلًا بحثيًا عالميًا.

كان مفتاح نجاح فرق ترينيتي هو قدرتهم على تحقيق التبديل فائق السرعة دون أي مجال مغناطيسي.يستخدم التبديل التقليدي للمغناطيس مغناطيسًا آخر، والذي يأتي بتكلفة من حيث الطاقة والوقت.مع MRG، تم تحقيق التبديل باستخدام نبضة حرارية، مع الاستفادة من التفاعل الفريد للمادة مع الضوء.

يناقش الباحثان في ترينيتي جان بيسباس وكارستن رود أحد طرق البحث:

"مادة مغناطيسيةتحتوي بطبيعتها على ذاكرة يمكن استخدامها للمنطق.حتى الآن، كان التحول من الحالة المغناطيسية "المنطقية 0" إلى الحالة "المنطقية 1" الأخرى متعطشًا للطاقة وبطيئًا للغاية.يتناول بحثنا السرعة من خلال إظهار أنه يمكننا تحويل MRG من حالة إلى أخرى خلال 0.1 بيكو ثانية، والأهم من ذلك أن التبديل الثاني يمكن أن يتبعه بعد 10 بيكو ثانية فقط، وهو ما يتوافق مع تردد تشغيلي يبلغ حوالي 100 جيجاهيرتز، وهو أسرع من أي شيء تمت ملاحظته من قبل.

"يسلط هذا الاكتشاف الضوء على القدرة الخاصة لمجموعة MRG الخاصة بنا على الجمع بين الضوء والدوران بشكل فعال حتى نتمكن من التحكم في المغناطيسية بالضوء والضوء بالمغناطيسية على فترات زمنية لا يمكن تحقيقها حتى الآن."

وتعليقًا على عمل فريقه، قال البروفيسور مايكل كوي، من كلية ترينيتي للفيزياء وCRANN: "في عام 2014، عندما أعلنا أنا وفريقي لأول مرة أننا أنشأنا سبيكة جديدة تمامًا من المنغنيز والروثينيوم والغاليوم، تُعرف باسم MRG، لم نتمكن مطلقًا من اشتبه في أن المادة تمتلك هذه الإمكانية المغناطيسية الضوئية الرائعة.

"سيؤدي هذا العرض التوضيحي إلى مفاهيم جديدة للأجهزة تعتمد على الضوء والمغناطيسية التي يمكن أن تستفيد من زيادة السرعة وكفاءة الطاقة بشكل كبير، وربما تحقيق جهاز عالمي واحد يجمع بين الذاكرة والوظيفة المنطقية.إنه تحدٍ كبير، لكننا أظهرنا مادة قد تجعل ذلك ممكنًا.ونأمل في تأمين التمويل والتعاون الصناعي لمواصلة عملنا."