Εδώ και δεκαετίες, η μαγνητική αποθήκευση δεδομένων βασίζεται στη γενική ιδέα της χρήσης μαγνητικού πεδίου για την εναλλαγή μικροσκοπικών περιοχών ενός υλικού μεταξύ καταστάσεων που αντιπροσωπεύουν το 1 και το 0. Ωστόσο, τα μαγνητικά πεδία καταναλώνουν ενέργεια και περιορίζουν την ταχύτητα με την οποία μπορούν να αλλάξουν κατάσταση αυτά τα bit.
Τι δείχνουν τα πειράματα
Πλέον, μηχανικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο (UCSD) παρουσίασαν μια διαφορετική μέθοδο, χρησιμοποιώντας φως ειδικά διαμορφωμένο για την επανεγγραφή μαγνητικών πληροφοριών.
Τα πειράματά τους δείχνουν ότι η οπτική εναλλαγή μπορεί να λειτουργήσει σε μαγνητικό υλικό πολύ μεγαλύτερου πάχους από ό,τι είχε αποδειχθεί στο παρελθόν, επιτυγχάνοντας αντιστροφή της μαγνήτισης ανεξάρτητα από την ελικτικότητα (helicity) του φωτός. Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε τελικά να συμβάλει στη δημιουργία μαγνητικής μνήμης που θα είναι ταχύτερη, θα προσφέρει μεγαλύτερη πυκνότητα αποθήκευσης και θα είναι πιο αποδοτική ενεργειακά.
Η πρόκληση έγκειται στο γεγονός ότι η επίτευξη μαγνητικής εναλλαγής μέσω του φωτός δεν ήταν απλή υπόθεση. Προηγούμενα πειράματα είχαν δείξει οπτική εναλλαγή μόνο σε μαγνητικές διατάξεις που αποτελούνταν από το πολύ τρία στρώματα.
Το πάχος του υλικού
Η αύξηση του πάχους του υλικού περιόριζε το φαινόμενο, επηρεάζοντας τόσο τον φυσικό σχεδιασμό της μνήμης όσο και, ενδεχομένως, την ικανότητά της να διατηρεί τις πληροφορίες. Επιπλέον, οι ερευνητές έπρεπε να χρησιμοποιήσουν φως με συγκεκριμένη πόλωση.
Αντί να αναζητήσουν κάποιο άλλο υλικό ικανό να ξεπεράσει αυτούς τους περιορισμούς, η ομάδα του UC San Diego τροποποίησε το ίδιο το φως. «Διαμορφώσαμε οπτικά το φως ώστε να μεταβάλουμε τη φυσική που διέπει τη συμπεριφορά του υλικού σε μικρο- και νανο-κλίμακα», δήλωσε ο Muhammad Waleed Khalid, επικεφαλής ερευνητής και υποψήφιος διδάκτορας στο UCSD. Περισσότερα από τον χώρο της επιστήμης
Συρρίκνωση και αναδιαμόρφωση του φωτός
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα υπερταχύ λέιζερ και διαμόρφωσαν τη δέσμη του έτσι ώστε η ενέργειά της να συγκεντρώνεται σε μια εξαιρετικά μικρή περιοχή. Όταν το εστιασμένο σημείο μειώθηκε κάτω από τα 1,36 μικρόμετρα, η εναλλαγή κατάστασης κατέστη ανεξάρτητη από την ελικικότητα (helicity).
Διαμορφώνοντας τη δέσμη, μπορούσαν να μεταβάλουν τόσο την τοπική θέρμανση όσο και τις οπτικές ροπές που ασκούνταν στο υλικό, αλλάζοντας τον τρόπο με τον οποίο η μαγνήτισή του αποκρίνεται στο φως. Δοκίμασαν τη μέθοδο σε ένα μαγνητικό υλικό αποτελούμενο από εννέα εναλλασσόμενα στρώματα πλατίνας και κοβαλτίου. Το υλικό αυτό ήταν σημαντικά παχύτερο από το όριο των τριών στρωμάτων που είχε παρατηρηθεί σε προηγούμενα πειράματα.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το υλικό μπορούσε να υποστεί αντιστροφή μαγνήτισης ανεξάρτητη από την ελικικότητα, ξεπερνώντας έναν σημαντικό περιορισμό των προηγούμενων μεθόδων.
Πώς λειτουργεί η μαγνητική εναλλαγή
Η ίδια η εναλλαγή πραγματοποιείται μέσω μιας ακολουθίας υπερταχέων παλμών λέιζερ. Οι πρώτοι παλμοί συγκεντρώνουν αρκετή ενέργεια σε ένα μικροσκοπικό σημείο ώστε να θερμάνουν μια μικρή περιοχή και να δημιουργήσουν μια περιοχή με αντίστροφη μαγνήτιση. Στη συνέχεια, πρόσθετοι παλμοί προκαλούν τη διεύρυνση της περιοχής αυτής μέχρι να φτάσει σε σταθερή κατάσταση.
«Η χρήση ενός εξειδικευμένου λέιζερ μάς επέτρεψε να διαμορφώσουμε οπτικά τη δέσμη ώστε να έχει συγκεκριμένο σχήμα και μέ Επιπλέον, δεδομένου ότι η περιοχή στην οποία πραγματοποιείται η μεταβολή καθορίζεται από το σημείο όπου το έντονα εστιασμένο φως εναποθέτει την ενέργειά του, η σμίκρυνση της δέσμης θα μπορούσε να επιτρέψει την πυκνότερη αποθήκευση μαγνητικών πληροφοριών.
«Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος της δέσμης, τόσο μικρότερη και πυκνότερη γίνεται η οπτική μνήμη», δήλωσε ο Abdoulaye Ndao, ανώτερος ερευνητής και καθηγητής στη Σχολή Μηχανικής Jacobs του UCSD.
Τα ασυνήθιστα αποτελέσματα δεν ήταν εύκολο να επιβεβαιωθούν άμεσα. Η ομάδα επανέλαβε τα πειράματα πολλές φορές, καθώς τα φαινόμενα που παρατηρούνταν διέφεραν σημαντικά από όσα είχαν καταγράψει προηγουμένως οι ερευνητές.
«Τα φαινόμενα που παρατηρούσαμε ήταν τόσο πρωτόγνωρα και ασυνήθιστα, που δυσκολευτήκαμε να πείσουμε τους υπόλοιπους επιστήμονες του κλάδου ότι η ανακάλυψή μας δεν ήταν απλώς μια τυχαία σύμπτωση. Αφιερώσαμε πολύ χρόνο και κόπο στην επανάληψη και την επαλήθευση των πειραμάτων μας, προκειμένου να τεκμηριώσουμε το έργο μας ενώπιον της κοινότητας των ειδικών στην οπτική», δήλωσε ο Khalid.
Ένας νέος τρόπος ελέγχου του μαγνητισμού
Αντί να επανασχεδιάσουν το μαγνητικό υλικό για να καταστήσουν δυνατή την οπτική μεταβολή της κατάστασης (optical switching), οι ερευνητές απέδειξαν ότι η προσεκτική διαμόρφωση του φωτός μπορεί να μεταβάλει τον τρόπο απόκρισης του υλικού.
«Αντί να σχεδιάσουμε ένα νέο υλικό για να επιτρέψουμε την οπτική μεταβολή, επανασχεδιάσαμε το ίδιο το φως και δείχνουμε .νέες ιδιότητες που προηγουμένως θεωρούνταν αδύνατες», επισημαίνει ο Ndao.
Ωστόσο, η προτεινόμενη τεχνολογία απέχει ακόμη πολύ από την εφαρμογή της σε εμπορικές συσκευές αποθήκευσης. Το εξειδικευμένο υπερταχύ λέιζερ που απαιτείται επί του παρόντος είναι δύσκολο να ενσωματωθεί σε τσιπ υπολογιστών.
Για τον λόγο αυτό, οι ερευνητές εξετάζουν μαγνητικά υλικά που θα μπορούσαν να επιφέρουν παρόμοια αποτελέσματα με τη χρήση λέιζερ πιο συμβατών με τα ηλεκτρονικά συστήματα.
Επιδιώκουν επίσης να περιορίσουν περαιτέρω τη δέσμη —ενδεχομένως σε μερικές εκατοντάδες νανόμετρα— χρησιμοποιώντας οπτικές δομές ικανές να εγκλωβίζουν το φως σε ακόμη μικρότερους χώρους. Εάν το εγχείρημα στεφθεί με επιτυχία, θα μπορούσε να προσφέρει έναν τρόπο μελέτης και, τελικά, ελέγχου του μαγνητισμού σε κλίμακες πολύ μικρότερες από εκείνες που είναι προσβάσιμες με τη συμβατική μαγνητική μεταγωγή.»
www.worldenergynews.gr
