I ricercatori del CRANN (Centro per la ricerca sulle nanostrutture e sui nanodispositivi adattivi) e della Facoltà di Fisica del Trinity College di Dublino hanno annunciato oggi che unmateriale magneticosviluppato presso il Centro dimostra la commutazione magnetica più rapida mai registrata.
Il team ha utilizzato sistemi laser a femtosecondi nel Photonics Research Laboratory del CRANN per cambiare e poi ricambiare l'orientamento magnetico del materiale in trilionesimi di secondo, sei volte più velocemente del record precedente e cento volte più veloce della velocità di clock di un personal computer.
Questa scoperta dimostra il potenziale del materiale per una nuova generazione di computer ultraveloci ed efficienti dal punto di vista energetico e di sistemi di archiviazione dati.
I ricercatori hanno raggiunto velocità di commutazione senza precedenti in una lega chiamata MRG, sintetizzata per la prima volta dal gruppo nel 2014 da manganese, rutenio e gallio. Nell'esperimento, il team ha colpito sottili film di MRG con raffiche di luce laser rossa, erogando megawatt di potenza in meno di un miliardesimo di secondo.
Il trasferimento di calore modifica l'orientamento magnetico di MRG. Ci vuole un decimo di picosecondo incredibilmente veloce per ottenere questo primo cambiamento (1 ps = un trilionesimo di secondo). Ma, cosa ancora più importante, il team ha scoperto di poter ripristinare l'orientamento 10 trilionesimo di secondo dopo. Si tratta del più rapido cambio di orientamento di un magnete mai osservato.
I loro risultati sono stati pubblicati questa settimana sulla principale rivista di fisica, Physical Review Letters.
La scoperta potrebbe aprire nuove strade per l'informatica e la tecnologia dell'informazione innovative, data l'importanza dimateriale magneticoIn questo settore. Nascosti in molti dei nostri dispositivi elettronici, così come nei grandi data center al centro di Internet, i materiali magnetici leggono e memorizzano i dati. L'attuale esplosione di informazioni genera più dati e consuma più energia che mai. Trovare nuovi modi efficienti dal punto di vista energetico per manipolare i dati, e materiali adatti, è un obiettivo di ricerca mondiale.
La chiave del successo dei team di Trinity è stata la loro capacità di ottenere una commutazione ultraveloce senza alcun campo magnetico. La commutazione tradizionale di un magnete utilizza un altro magnete, il che comporta un costo in termini di energia e tempo. Con MRG la commutazione è stata ottenuta tramite un impulso di calore, sfruttando l'interazione unica del materiale con la luce.
I ricercatori Trinity Jean Besbas e Karsten Rode discutono uno degli aspetti della ricerca:
“Materiale magneticoHanno intrinsecamente una memoria che può essere utilizzata per la logica. Finora, il passaggio da uno stato magnetico "logico 0" a un altro "logico 1" è stato troppo dispendioso in termini di energia e troppo lento. La nostra ricerca affronta il problema della velocità dimostrando che possiamo commutare MRG da uno stato all'altro in 0,1 picosecondi e, soprattutto, che un secondo passaggio può avvenire solo 10 picosecondi dopo, corrispondente a una frequenza operativa di circa 100 gigahertz, più veloce di qualsiasi cosa osservata in precedenza.
"La scoperta mette in luce la speciale capacità del nostro MRG di accoppiare efficacemente luce e spin, così da poter controllare il magnetismo con la luce e la luce con il magnetismo in tempi finora irraggiungibili."
Commentando il lavoro del suo team, il professor Michael Coey, della Trinity School of Physics e del CRANN, ha affermato: "Nel 2014, quando io e il mio team abbiamo annunciato per la prima volta di aver creato una lega completamente nuova di manganese, rutenio e gallio, nota come MRG, non avremmo mai sospettato che il materiale avesse questo straordinario potenziale magneto-ottico.
"Questa dimostrazione porterà a nuovi concetti di dispositivi basati sulla luce e sul magnetismo che potrebbero beneficiare di una velocità ed efficienza energetica notevolmente aumentate, forse arrivando infine a realizzare un singolo dispositivo universale con funzionalità combinate di memoria e logica. È una sfida enorme, ma abbiamo dimostrato un materiale che potrebbe renderla possibile. Speriamo di ottenere finanziamenti e collaborazione industriale per proseguire il nostro lavoro."
Data di pubblicazione: 05-05-2021