مواد مغناطیسی رکورد سوئیچینگ فوق سریع را می شکند

محققان در CRANN (مرکز تحقیقات در مورد نانوساختارها و نانودستگاههای تطبیقی) و دانشکده فیزیک در کالج ترینیتی دوبلین، امروز اعلام کردند که یک ماده مغناطیسی توسعهیافته در این مرکز، سریعترین سوئیچینگ مغناطیسی ثبت شده را نشان میدهد.

این تیم از سیستمهای لیزر فمتوثانیه در آزمایشگاه تحقیقاتی فوتونیک در CRANN برای تغییر و سپس تغییر جهت مغناطیسی مواد خود در تریلیونم ثانیه استفاده کردند، شش برابر سریعتر از رکورد قبلی و صد برابر سریعتر از سرعت ساعت یک کامپیوتر شخصی

این کشف پتانسیل مواد را برای نسل جدیدی از کامپیوترهای فوق سریع کارآمد انرژی و سیستمهای ذخیرهسازی داده نشان میدهد.

محققان به سرعت سوئیچینگ بی سابقه خود در آلیاژی به نام MRG دست یافتند که برای اولین بار توسط این گروه در سال 2014 از منگنز، روتنیم و گالیوم سنتز شد.در این آزمایش، تیم فیلمهای نازک MRG را با فورانهای نور لیزر قرمز تابش کرد که مگاوات توان را در کمتر از یک میلیاردم ثانیه تحویل داد.

انتقال حرارت جهت مغناطیسی MRG را تغییر می دهد.برای دستیابی به این اولین تغییر یک دهم پیکوثانیه به طور غیرقابل تصور سریع طول می کشد (1 ps = یک تریلیونم ثانیه).اما مهمتر از آن، این تیم دریافتند که می توانند 10 تریلیونم ثانیه بعد جهت گیری را دوباره به عقب برگردانند.این سریعترین تغییر جهت یک آهنربا است که تاکنون مشاهده شده است.

نتایج آنها این هفته در مجله فیزیک برجسته Physical Review Letters منتشر شده است.

با توجه به اهمیت مواد مغناطیسی در این صنعت، این کشف می تواند راه های جدیدی را برای محاسبات و فناوری اطلاعات نوآورانه باز کند.مواد مغناطیسی که در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی ما و همچنین در مراکز داده در مقیاس بزرگ در قلب اینترنت پنهان شده اند، داده ها را می خوانند و ذخیره می کنند.انفجار اطلاعات فعلی داده های بیشتری تولید می کند و انرژی بیشتری نسبت به گذشته مصرف می کند.یافتن راههای کارآمد انرژی جدید برای دستکاری دادهها و مواد برای تطبیق، یک دغدغه تحقیقاتی در سطح جهانی است.

کلید موفقیت تیم های ترینیتی توانایی آنها برای دستیابی به سوئیچینگ فوق سریع بدون هیچ میدان مغناطیسی بود.سوئیچینگ سنتی آهنربا از آهنربای دیگری استفاده می کند که هم از نظر انرژی و هم از نظر زمان هزینه دارد.با MRG، سوئیچینگ با یک پالس حرارتی به دست آمد و از تعامل منحصر به فرد ماده با نور استفاده کرد.

ژانبسباسوکارستنرود،محققینترینیتی،یکی از راه های این تحقیق را مورد بحث قرار می دهند:

مواد مغناطیسی ذاتا دارای حافظه هستند که می توان از آن برای منطق استفاده کرد.تا کنون، جابجایی از یک حالت مغناطیسی «0 منطقی» به دیگری «منطقی 1»، بسیار تشنه انرژی و بسیار کند بوده است.تحقیقات ما با نشان دادن اینکه میتوانیم MRG را از یک حالت به حالت دیگر در 0.1 پیکوثانیه تغییر دهیم و مهمتر اینکه سوئیچ دوم میتواند تنها 10 پیکوثانیه بعد، مطابق با فرکانس عملیاتی ~ 100 گیگاهرتز، سریعتر از هر چیزی که قبلاً مشاهده شده، دنبال شود، به سرعت میپردازد.

"این کشف توانایی ویژه MRG ما را در ترکیب موثر نور و چرخش برجسته می کند تا بتوانیم مغناطیس را با نور و نور را با مغناطیس در بازه های زمانی غیرقابل دستیابی کنترل کنیم."

پروفسور مایکل کوی، دانشکده فیزیک و CRANN ترینیتی، در مورد کار تیمش، گفت: «در سال 2014، زمانی که من و تیمم برای اولین بار اعلام کردیم که یک آلیاژ کاملاً جدید از منگنز، روتنیم و گالیوم به نام MRG ساختهایم، هرگز مشکوک بود که این ماده دارای این پتانسیل نوری مغناطیسی قابل توجه است.

این نمایش به مفاهیم جدید دستگاهی مبتنی بر نور و مغناطیس منجر میشود که میتواند از افزایش سرعت و بهرهوری انرژی بسیار سود ببرد، شاید در نهایت یک دستگاه جهانی واحد با عملکرد ترکیبی حافظه و منطق را تحقق بخشد.این یک چالش بزرگ است، اما ما موادی را نشان داده ایم که ممکن است آن را ممکن کند.ما امیدواریم که بتوانیم بودجه و همکاری صنعت را برای پیگیری کار خود تضمین کنیم.