חומר מגנטי שובר שיא מיתוג מהיר במיוחד

חוקרים ב-CRANN (המרכז לחקר ננו-מבנים וננו-התקנים אדפטיביים) ובית הספר לפיזיקה בטריניטי קולג' דבלין, הודיעו היום כי...חומר מגנטישפותח במרכז מדגים את המיתוג המגנטי המהיר ביותר שתועד אי פעם.

הצוות השתמש במערכות לייזר פמטו-שניות במעבדת המחקר הפוטוניקה ב-CRANN כדי להחליף ולאחר מכן להחליף מחדש את האוריינטציה המגנטית של החומר שלהם בטריליונית השנייה, פי שישה מהר יותר מהשיא הקודם, ופי מאה מהר יותר ממהירות השעון של מחשב אישי.

תגלית זו מדגימה את הפוטנציאל של החומר עבור דור חדש של מחשבים ומערכות אחסון נתונים מהירים במיוחד, חסכוניים באנרגיה.

החוקרים השיגו את מהירויות המעבר חסרות התקדים שלהם בסגסוגת בשם MRG, שסונתזה לראשונה על ידי הקבוצה בשנת 2014 ממנגן, רותניום וגליום. בניסוי, הצוות פגע בשכבות דקות של MRG עם התפרצויות של אור לייזר אדום, שסיפקו מגה-וואט של חשמל בפחות ממיליארדית השנייה.

העברת החום משנה את הכיוון המגנטי של MRG. נדרשת עשירית פיקו-שנייה מהירה באופן בלתי נתפס כדי להשיג את השינוי הראשון הזה (1 פיקו-שנייה = טריליונית השנייה). אבל, חשוב מכך, הצוות גילה שהם יכולים לשנות את הכיוון בחזרה 10 טריליונית השנייה לאחר מכן. זהו השינוי המהיר ביותר שנצפה אי פעם בכיוון של מגנט.

תוצאותיהם מתפרסמות השבוע בכתב העת המוביל לפיזיקה, Physical Review Letters.

התגלית עשויה לפתוח אפיקים חדשים למחשוב וטכנולוגיית מידע חדשנית, בהתחשב בחשיבות שלחומר מגנטיבתעשייה זו. חומרים מגנטיים, חבויים ברבים מהמכשירים האלקטרוניים שלנו, כמו גם במרכזי נתונים גדולים בלב האינטרנט, קוראים ומאחסנים את הנתונים. התפוצצות המידע הנוכחית מייצרת יותר נתונים וצורכת יותר אנרגיה מאי פעם. מציאת דרכים חדשות ויעילות באנרגיה לתפעל נתונים, וחומרים תואמים, היא עיסוק מחקרי עולמי.

המפתח להצלחתם של צוותי טריניטי היה יכולתם להשיג מיתוג אולטרה-מהיר ללא כל שדה מגנטי. מיתוג מסורתי של מגנט משתמש במגנט נוסף, אשר כרוך בעלות הן מבחינת אנרגיה והן מבחינת זמן. עם MRG המיתוג הושג באמצעות פולס חום, תוך ניצול האינטראקציה הייחודית של החומר עם אור.

חוקרי טריניטי, ז'אן בסבס וקארסטן רודה, דנים באחד מהמסלולים של המחקר:

"חומר מגנטיל-s יש זיכרון מטבעו שניתן להשתמש בו ללוגיקה. עד כה, מעבר ממצב מגנטי אחד, '0 לוגי', לאחר, '1 לוגי', היה זולל אנרגיה ואיטי מדי. המחקר שלנו מתייחס למהירות על ידי כך שהוא מראה שאנו יכולים להעביר MRG ממצב אחד למשנהו ב-0.1 פיקוסוניות, ובאופן מכריע, שמעבר שני יכול לבוא רק 10 פיקוסוניות מאוחר יותר, מה שמתאים לתדר פעולה של ~ 100 ג'יגה-הרץ - מהיר יותר מכל דבר שנצפה בעבר.

"התגלית מדגישה את היכולת המיוחדת של ה-MRG שלנו לקשר ביעילות בין אור לסחרור, כך שנוכל לשלוט במגנטיות עם אור ובאור עם מגנטיות בטווחי זמן שלא ניתנים להשגה עד כה."

בהתייחסו לעבודת צוותו, אמר פרופסור מייקל קוי, מבית הספר לפיזיקה של טריניטי ומ-CRANN, "בשנת 2014, כאשר צופיי ואני הכרזנו לראשונה שיצרנו סגסוגת חדשה לחלוטין של מנגן, רותניום וגליום, המכונה MRG, מעולם לא חשדנו שהחומר טומן בחובו פוטנציאל מגנטו-אופטי יוצא דופן זה."

"הדגמה זו תוביל למושגים חדשים של התקנים המבוססים על אור ומגנטיות, אשר יוכלו להפיק תועלת מעלייה משמעותית במהירות וביעילות אנרגטית, ואולי בסופו של דבר לממש התקן אוניברסלי יחיד עם פונקציונליות משולבת של זיכרון ולוגיקה. זהו אתגר עצום, אך הצגנו חומר שעשוי לאפשר זאת. אנו מקווים להבטיח מימון ושיתוף פעולה בתעשייה כדי להמשיך את עבודתנו."