Kehidupan modern berkisar pada data, yang berarti kita membutuhkan cara baru, cepat, dan hemat energi untuk membaca dan menulis data pada perangkat penyimpanan. Dengan pengembangan teknologi peralihan semua-optik (AOS) bahan magnetik, metode optik menggunakan pulsa laser alih-alih magnet untuk menulis data telah menerima perhatian yang cukup besar dalam dekade terakhir. Meskipun cepat dan hemat energi, teknologi AOS memiliki masalah dengan akurasi. Para peneliti di Eindhoven University of Technology di Belanda telah menemukan metode baru yang menggunakan bahan feromagnetik sebagai referensi untuk secara akurat menulis data ke lapisan kobalt-gadolinium (Co / Gd) dengan pulsa laser. Penelitian mereka diterbitkan dalam Nature Communications.
Bahan magnetik dalam hard drive dan perangkat lain menyimpan data dalam bentuk bit komputer. Secara tradisional, data dibaca dan ditulis ke hard disk dengan menggerakkan magnet kecil pada bahan. Namun, karena permintaan untuk produksi data, konsumsi, akses dan penyimpanan terus meningkat, ada permintaan yang cukup besar untuk metode akses, penyimpanan, dan perekaman data yang lebih cepat dan lebih hemat energi.
Peralihan optik (AOS) bahan magnetik adalah metode yang menjanjikan dalam hal kecepatan dan efisiensi energi. Saklar all-optical menggunakan pulsa laser femtosecond untuk mengubah arah spin magnetik pada skala picodetik. Dua mekanisme dapat digunakan untuk menulis data: multi-pulsa dan single-pulse beralih switch. Dalam saklar multi-pulsa, arah akhir putaran adalah deterministik, yang berarti dapat ditentukan terlebih dahulu oleh polarisasi cahaya. Namun, mekanisme ini biasanya membutuhkan beberapa laser, yang mengurangi kecepatan dan efisiensi penulisan.
Di sisi lain, kecepatan tulis pulsa tunggal akan jauh lebih cepat, tetapi penelitian pada saklar optik semua pulsa tunggal menunjukkan bahwa peralihan pulsa tunggal adalah proses geser. Ini berarti bahwa untuk mengubah keadaan sedikit magnetik tertentu memerlukan pengetahuan sebelumnya tentang sedikit. Dengan kata lain, keadaan BIT harus dibaca sebelum dapat ditimpa, yang memperkenalkan fase baca untuk proses penulisan, sehingga membatasi kecepatan.
Metode yang lebih baik adalah metode switching all-optical pulsa tunggal deterministik, di mana arah akhir bit hanya tergantung pada proses yang digunakan untuk mengatur dan mengatur ulang bit. Saat ini, para peneliti di Nanostructure Group dari Departemen Fisika Terapan Universitas Teknologi Eindhoven telah mengembangkan metode baru untuk mencapai penulisan pulsa tunggal deterministik dalam bahan penyimpanan magnetik, membuat proses penulisan lebih tepat.
Sumber gambar: Universitas Teknologi Eindhoven
Dalam percobaan mereka, para peneliti dari Eindhoven University of Technology merancang sistem penulisan yang terdiri dari tiga lapisan-lapisan referensi ferromagnetic yang terbuat dari kobalt dan nikel, yang membantu atau mencegah lapisan bebas di lapisan bebas. Rotary switch, lapisan spacer tembaga konduktif (Cu) atau lapisan celah, dan lapisan bebas Co / Gd yang dapat dialihkan secara optik. Ketebalan lapisan komposit kurang dari 15 nm.
Setelah bersemangat oleh laser femtosecond, lapisan referensi didemagnetisasi dalam waktu kurang dari 1 picosecond. Beberapa momentum sudut yang hilang yang terkait dengan putaran di lapisan referensi kemudian diubah menjadi arus putar yang dibawa oleh elektron. Putaran di arus berada dalam arah yang sama dengan putaran di lapisan referensi.
Arus berputar ini kemudian bergerak dari lapisan referensi melalui lapisan spacer tembaga (panah putih dalam gambar) ke lapisan bebas, di mana ia dapat membantu atau mencegah spin switching di lapisan bebas. Hal ini tergantung pada arah putaran relatif dari lapisan referensi dan lapisan bebas.
Mengubah energi laser akan menyebabkan dua negara. Pertama, di atas ambang batas, arah putaran terakhir di lapisan bebas benar-benar ditentukan oleh lapisan referensi; kedua, di atas ambang batas yang lebih tinggi, switching diamati. Para peneliti telah menunjukkan bahwa kedua mekanisme ini dapat digunakan untuk secara akurat menulis keadaan spin lapisan bebas tanpa mempertimbangkan keadaan awal selama proses penulisan. Penemuan ini memberikan pengembangan penting untuk perluasan perangkat penyimpanan data kami di masa mendatang.