Zespół fizyków z Wydziału Fizyki Uniwersytetu w Białymstoku, dr hab. Andrzej Stupakiewicz i mgr Krzysztof Szerenos we współpracy z zespołem z Uniwersytetu w Nijmegen (Holandia), zaproponował nową metodę zapisu informacji, która może zrewolucjonizować technologie pamięci magnetycznych. Przełomowe badania zostały wykonane przy wsparciu przez Narodowe Centrum Nauki w ramach konkursu OPUS 5, zaś wyniki ukazały się w prestiżowym tygodniku „Nature”.
Zdjęcie optycznego toru wiązki laserowej.
Znalezienie nowych mechanizmów zapisu i przetwarzania informacji, przy jak najmniejszej dyssypacji energii i jednocześnie jak największej szybkości, jest jednym z fundamentalnych wyzwań dla współczesnej fizyki łączącej obszary optyki i magnetyzmu – zaznacza koordynator projektu, Andrzej Stupakiewicz.
Przeprowadzone przez fizyków badania demonstrują nową metodę zapisu fotomagnetycznego w przezroczystej warstwie dielektryka przy wykorzystaniu wyłącznie pojedynczego impulsu lasera femtosekundowego. Zmiana polaryzacji liniowej impulsu pozwala przełączyć magnetyzację, zapisując stan ‘0’ lub ‘1’ w sposób powtarzalny i odwracalny. Mechanizm odpowiedzialny za przełączenie pozwala na najszybszy znany dotychczas proces zapisu i odczytu informacji w czasie około 20 pikosekund.
Tak krótka skala czasowa jest nieosiągalna przy wykorzystaniu pola magnetycznego bądź prądu elektrycznego, stąd wybraliśmy koncepcję przełączenia wyłącznie optycznego, wykorzystując femtosekundowe impulsy laserowe – dodaje Krzysztof Szerenos, członek zespołu.
Wynik ultraszybkiego przyłączenia magnetyzacji osiągnięto dzięki zastosowaniu do zapisu cienkiej warstwy granatu itrowo-żelazowego domieszkowanego jonami kobaltu, będącego ferrimagnetycznym dielektrykiem. Warto podkreślić, że badania warstw o strukturze granatu zostały zapoczątkowane w Białymstoku przez prof. Andrzeja Maziewskiego, a następnie sukcesywnie rozwijane również przez jego współpracowników.
Zespół z Białegostoku posiada duże doświadczenie zarówno badawcze, jak i we współpracy międzynarodowej. Zastosowanie nowoczesnej aparatury, zakupionej w ramach funduszy SPINLAB i inwestycji aparaturowych finansowanych przez MNiSW oraz nowych metod eksperymentalnych umożliwiły odkrycie w tego typu materiałach nieznanych wcześniej zjawisk, w tym między innymi proces ultraszybkiego przełączenia magnetyzacji.
Charakterystyczną i dobrze znaną cechą dielektryków – podaje Andrzej Stupakiewicz – jest znakomita izolacja termiczna, co pozwala drastycznie zminimalizować dyssypację energii związanej z niespotykanie niskim wytwarzaniem niepotrzebnego ciepła podczas przełączenia (mniejsze niż 6 Dżuli na centymetr sześcienny). Już teraz można więc stwierdzić, że nowa metoda bije nie tylko rekordy szybkości, ale też wydajności w porównaniu z konwencjonalnymi pamięciami.
Zespół fizyków z Uniwersytetu w Białymstoku planuje kontynuację badań, miedzy innymi w nowych układach magnetoplazmonicznych wykorzystujących znakomite właściwości granatów ferrimagnetycznych.
Link do artykułu w "Nature": http://dx.doi.org/10.1038/nature20807