Các nhà nghiên cứu tại CRANN (Trung tâm Nghiên cứu về Cấu trúc nano và Thiết bị nano thích ứng) và Trường Vật lý thuộc Đại học Trinity Dublin hôm nay đã thông báo rằng...vật liệu từ tínhCông nghệ được phát triển tại Trung tâm này chứng minh tốc độ chuyển mạch từ nhanh nhất từng được ghi nhận.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hệ thống laser femtosec tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quang tử ở CRANN để chuyển đổi và sau đó chuyển đổi lại hướng từ tính của vật liệu của họ trong phần nghìn tỷ giây, nhanh hơn sáu lần so với kỷ lục trước đó và nhanh hơn một trăm lần so với tốc độ xung nhịp của máy tính cá nhân.
Phát hiện này chứng minh tiềm năng của vật liệu này đối với thế hệ máy tính siêu nhanh tiết kiệm năng lượng và hệ thống lưu trữ dữ liệu mới.
Các nhà nghiên cứu đã đạt được tốc độ chuyển mạch chưa từng có trong một hợp kim có tên là MRG, được nhóm nghiên cứu tổng hợp lần đầu tiên vào năm 2014 từ mangan, ruthenium và gallium. Trong thí nghiệm, nhóm đã chiếu các màng mỏng MRG bằng các xung ánh sáng laser đỏ, cung cấp công suất megawatt trong chưa đến một phần tỷ giây.
Sự truyền nhiệt làm thay đổi hướng từ tính của MRG. Quá trình thay đổi đầu tiên này diễn ra cực kỳ nhanh, chỉ mất một phần mười picogiây (1 ps = một phần nghìn tỷ giây). Nhưng quan trọng hơn, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng họ có thể đảo ngược hướng từ tính trở lại sau 10 phần nghìn tỷ giây. Đây là tốc độ đảo ngược hướng từ tính nhanh nhất từng được quan sát.
Kết quả nghiên cứu của họ được công bố trong tuần này trên tạp chí vật lý hàng đầu, Physical Review Letters.
Phát hiện này có thể mở ra những hướng đi mới cho công nghệ điện toán và thông tin tiên tiến, xét đến tầm quan trọng của nó.vật liệu từ tínhTrong ngành công nghiệp này, vật liệu từ tính đóng vai trò vô cùng quan trọng. Ẩn sâu trong nhiều thiết bị điện tử của chúng ta, cũng như trong các trung tâm dữ liệu quy mô lớn nằm ở trung tâm của internet, là khả năng đọc và lưu trữ dữ liệu. Sự bùng nổ thông tin hiện nay tạo ra nhiều dữ liệu và tiêu thụ nhiều năng lượng hơn bao giờ hết. Việc tìm kiếm những cách thức tiết kiệm năng lượng mới để xử lý dữ liệu, và các vật liệu phù hợp, đang là mối quan tâm nghiên cứu toàn cầu.
Chìa khóa thành công của nhóm nghiên cứu Trinity nằm ở khả năng đạt được sự chuyển mạch cực nhanh mà không cần từ trường. Phương pháp chuyển mạch nam châm truyền thống sử dụng một nam châm khác, điều này tốn kém cả về năng lượng và thời gian. Với MRG, sự chuyển mạch được thực hiện bằng xung nhiệt, tận dụng tương tác độc đáo của vật liệu với ánh sáng.
Các nhà nghiên cứu Jean Besbas và Karsten Rode của Đại học Trinity thảo luận về một hướng nghiên cứu:
“Vật liệu từ tínhCác hạt từ tính siêu dẫn (MRG) vốn dĩ có bộ nhớ có thể được sử dụng cho logic. Cho đến nay, việc chuyển đổi từ trạng thái từ tính này (logic 0) sang trạng thái khác (logic 1) vẫn tiêu tốn quá nhiều năng lượng và quá chậm. Nghiên cứu của chúng tôi giải quyết vấn đề tốc độ bằng cách chứng minh rằng chúng ta có thể chuyển đổi MRG từ trạng thái này sang trạng thái khác trong 0,1 picogiây và điều quan trọng là quá trình chuyển đổi thứ hai có thể diễn ra chỉ sau 10 picogiây, tương ứng với tần số hoạt động khoảng 100 gigahertz — nhanh hơn bất cứ điều gì đã được quan sát trước đây.
“Phát hiện này làm nổi bật khả năng đặc biệt của MRG của chúng tôi trong việc kết hợp hiệu quả ánh sáng và spin, cho phép chúng ta điều khiển từ tính bằng ánh sáng và ánh sáng bằng từ tính trong khoảng thời gian chưa từng đạt được trước đây.”
Nhận xét về công trình nghiên cứu của nhóm mình, Giáo sư Michael Coey, Trường Vật lý Trinity và CRANN, cho biết: “Năm 2014, khi nhóm của tôi và tôi lần đầu tiên công bố rằng chúng tôi đã tạo ra một hợp kim hoàn toàn mới gồm mangan, ruthenium và gallium, được gọi là MRG, chúng tôi chưa bao giờ ngờ rằng vật liệu này lại có tiềm năng từ quang học đáng kể đến vậy.
“Cuộc thử nghiệm này sẽ dẫn đến những ý tưởng thiết bị mới dựa trên ánh sáng và từ trường, có thể mang lại lợi ích về tốc độ và hiệu quả năng lượng được cải thiện đáng kể, thậm chí có thể hiện thực hóa một thiết bị đa năng duy nhất tích hợp chức năng bộ nhớ và logic. Đây là một thách thức lớn, nhưng chúng tôi đã chứng minh được một vật liệu có thể giúp hiện thực hóa điều đó. Chúng tôi hy vọng sẽ nhận được nguồn tài trợ và sự hợp tác từ ngành công nghiệp để tiếp tục công việc của mình.”
Thời gian đăng bài: 05/05/2021