磁性材料が超高速スイッチング記録を破る

CRANN (適応型ナノ構造およびナノデバイス研究センター) とダブリントリニティカレッジ物理学部の研究者らは本日、磁性材料同センターで開発された磁気スイッチングは、これまでに記録された中で最速の磁気スイッチングを実証した。

研究チームは、CRANN のフォトニクス研究所でフェムト秒レーザー システムを使用して、材料の磁気配向を 1 兆分の 1 秒で切り替え、その後再切り替えしました。これは、以前の記録よりも 6 倍速く、世界のクロック速度よりも 100 倍速くなります。パーソナルコンピュータ。

この発見は、この材料が新世代のエネルギー効率の高い超高速コンピュータおよびデータ ストレージ システムに利用できる可能性を示しています。

研究者らは、2014年に同グループがマンガン、ルテニウム、ガリウムから初めて合成したMRGと呼ばれる合金で前例のないスイッチング速度を達成した。実験では、研究チームはMRGの薄膜に赤色レーザー光を照射し、10億分の1秒未満でメガワットの電力を供給した。

熱伝達により、MRG の磁気方向が切り替わります。この最初の変化を達成するには、想像を絶する速さで 10 分の 1 ピコ秒かかります (1 ps = 1 兆分の 1 秒)。しかし、より重要なことは、研究チームが方向を 10 兆分の 1 秒後に再び元に戻すことができることを発見したことです。これは、これまでに観察された中で最速の磁石の向きの再切り替えです。

彼らの結果は今週、主要な物理学雑誌「Physical Review Letters」に掲載される。

この発見は、次の重要性を考慮すると、革新的なコンピューティングおよび情報技術に新たな道を開く可能性があります。磁性材料この業界では。磁性材料は、多くの電子機器やインターネットの中心にある大規模データセンターに隠されており、データを読み取り、保存します。現在の情報爆発により、これまで以上に多くのデータが生成され、より多くのエネルギーが消費されます。データを操作するための新しいエネルギー効率の高い方法とそれに適合する材料を見つけることは、世界規模の研究の関心事です。

Trinity チームの成功の鍵は、磁場なしで超高速スイッチングを達成できる能力でした。従来の磁石の切り替えでは別の磁石を使用するため、エネルギーと時間の両方のコストがかかります。MRG では、材料の光との独特の相互作用を利用して、熱パルスによってスイッチングが実現されました。

トリニティの研究者である Jean Besbas と Karsten Rode は、研究の 1 つの手段について次のように議論しています。

「磁性体本質的にロジックに使用できるメモリを持っています。これまでのところ、ある磁気状態「論理 0」から別の「論理 1」への切り替えは、エネルギーを大量に消費し、時間がかかりすぎていました。私たちの研究は、MRG を 1 つの状態から別の状態に 0.1 ピコ秒で切り替えることができること、そして重要なことに、2 番目の切り替えがわずか 10 ピコ秒後に続くことができることを示し、これは、これまでに観察されたものよりも速い、約 100 ギガヘルツの動作周波数に相当することを示し、速度に取り組んでいます。

「今回の発見は、光とスピンを効果的に結合させる我々のMRGの特別な能力を浮き彫りにし、これまで達成不可能なタイムスケールで光で磁気を制御したり、光で磁気を制御したりできるようにするものです。」

トリニティ大学物理学大学院および CRANN のマイケル・コーイ教授はチームの研究についてコメントし、次のように述べています。この材料にはこの驚くべき磁気光学的可能性があるのではないかと考えられました。

「このデモンストレーションは、速度とエネルギー効率の大幅な向上による恩恵を受ける可能性のある光と磁気に基づいた新しいデバイスのコンセプトにつながり、最終的にはメモリとロジック機能を組み合わせた単一のユニバーサルデバイスを実現する可能性があります。」それは大きな挑戦ですが、私たちはそれを可能にするかもしれない材料を示しました。私たちは研究を進めるために資金と業界の協力を確保したいと考えています。」