Международная группа ученых совершила значительный прорыв в технологии чтения магнитных состояний, продемонстрировав новый метод, использующий сверхкороткие терагерцовые световые импульсы. Этот метод позволяет считывать магнитные состояния в течение пикосекунд, что потенциально может преодолеть существующие ограничения скорости доступа к данным, которая в настоящее время составляет лишь несколько сотен мегабайт в секунду.
Исследование проводилось совместными усилиями Гельмгольц-центра Дрезден-Россендорф (HZDR) и Технического университета Дортмунда. Результаты были опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications. Ключевыми исследователями проекта выступили доктор Ян-Кристоф Дайнерт из Института физики излучения HZDR, доктор Руслан Салихов из Института физики ионных пучков и исследования материалов HZDR, а также доктор Сергей Ковалев из Технического университета Дортмунда.
В своих экспериментах ученые использовали терагерцовое излучение с длиной волны чуть менее миллиметра, которое находится между инфракрасным и микроволновым диапазонами в электромагнитном спектре. Источником излучения служил радиационный источник ELBE в HZDR. Исследуемые образцы состояли из двух сверхтонких наложенных слоев толщиной менее 3 нанометров каждый. Нижний слой был изготовлен из магнитного материала (кобальта или сплава железа и никеля), а верхний — из таких металлов, как платина, тантал или вольфрам.
Научный механизм этого метода основан на том, что терагерцовые импульсы генерируют кратковременные электрические токи в верхнем металлическом слое. Электроны выстраиваются в соответствии с их спином, создавая спиновый ток, текущий перпендикулярно слоям. Электроны с определенной ориентацией спина накапливаются на границе раздела слоев. Электрическое сопротивление изменяется в зависимости от выравнивания спина и направления намагниченности. Этот эффект называется однонаправленным спин-холловским магнитосопротивлением (USMR) и был первоначально открыт исследователями из ETH Zurich.
Ключевая инновация исследования заключается в использовании терагерцовых импульсов для изменения направления спинового тока триллион раз в секунду. Эффект USMR вызывает сверхбыстрые изменения электрического сопротивления на границе раздела, что создает колебания прозрачности образца, изменяющие терагерцовые импульсы. После прохождения через образец импульсы начинают колебаться с удвоенной частотой (так называемая «вторая гармоника»). Эти колебания можно обнаружить для определения намагниченности в течение пикосекунд.
В настоящее время ведутся работы по использованию терагерцового излучения как для чтения, так и для записи магнитно-хранимых данных. Для практического применения этой технологии требуется разработка более компактных источников терагерцовых импульсов и эффективных датчиков. Сверхбыстрый эффект USMR может сыграть значительную роль в разработке сверхбыстрых приложений для магнитной памяти.
Данное исследование открывает новые горизонты в области хранения и обработки данных, предлагая решение для преодоления существующих ограничений скорости в современных компьютерных системах. Использование терагерцового излучения для манипуляции магнитными состояниями может стать ключевым элементом в развитии следующего поколения устройств хранения информации.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование проводилось совместными усилиями Гельмгольц-центра Дрезден-Россендорф (HZDR) и Технического университета Дортмунда. Результаты были опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications. Ключевыми исследователями проекта выступили доктор Ян-Кристоф Дайнерт из Института физики излучения HZDR, доктор Руслан Салихов из Института физики ионных пучков и исследования материалов HZDR, а также доктор Сергей Ковалев из Технического университета Дортмунда.
В своих экспериментах ученые использовали терагерцовое излучение с длиной волны чуть менее миллиметра, которое находится между инфракрасным и микроволновым диапазонами в электромагнитном спектре. Источником излучения служил радиационный источник ELBE в HZDR. Исследуемые образцы состояли из двух сверхтонких наложенных слоев толщиной менее 3 нанометров каждый. Нижний слой был изготовлен из магнитного материала (кобальта или сплава железа и никеля), а верхний — из таких металлов, как платина, тантал или вольфрам.
Научный механизм этого метода основан на том, что терагерцовые импульсы генерируют кратковременные электрические токи в верхнем металлическом слое. Электроны выстраиваются в соответствии с их спином, создавая спиновый ток, текущий перпендикулярно слоям. Электроны с определенной ориентацией спина накапливаются на границе раздела слоев. Электрическое сопротивление изменяется в зависимости от выравнивания спина и направления намагниченности. Этот эффект называется однонаправленным спин-холловским магнитосопротивлением (USMR) и был первоначально открыт исследователями из ETH Zurich.
Ключевая инновация исследования заключается в использовании терагерцовых импульсов для изменения направления спинового тока триллион раз в секунду. Эффект USMR вызывает сверхбыстрые изменения электрического сопротивления на границе раздела, что создает колебания прозрачности образца, изменяющие терагерцовые импульсы. После прохождения через образец импульсы начинают колебаться с удвоенной частотой (так называемая «вторая гармоника»). Эти колебания можно обнаружить для определения намагниченности в течение пикосекунд.
В настоящее время ведутся работы по использованию терагерцового излучения как для чтения, так и для записи магнитно-хранимых данных. Для практического применения этой технологии требуется разработка более компактных источников терагерцовых импульсов и эффективных датчиков. Сверхбыстрый эффект USMR может сыграть значительную роль в разработке сверхбыстрых приложений для магнитной памяти.
Данное исследование открывает новые горизонты в области хранения и обработки данных, предлагая решение для преодоления существующих ограничений скорости в современных компьютерных системах. Использование терагерцового излучения для манипуляции магнитными состояниями может стать ключевым элементом в развитии следующего поколения устройств хранения информации.
