Zespół badawczy z udziałem Uniwersytetu w Konstancji odkrył zjawiska magnetyczne w antyferromagnetykach, które mogą utorować drogę do opracowania szybszych i wydajniejszych urządzeń do przechowywania danych.

Jak zachowują się i rozchodzą fale magnetyczne w antymagnesach, materiałach, które są sprzedawane jako kandydaci do przyszłego przechowywania danych? A jaką rolę odgrywają w tym tak zwane „ściany domen”? Obecna publikacja jest autorstwa międzynarodowego zespołu badawczego kierowanego przez fizyk Constance D. Davide Bossini, niedawno opublikowany w Physical Review Letters. W niniejszym artykule badacze opisują zjawiska magnetyczne w antyferromagnetykach, które mogą być wyzwalane za pomocą niezwykle krótkich impulsów laserowych w zakresie femtosekundowym i za pomocą materiałów mogą otrzymać nowe funkcje do wykorzystania jako ultraszybkie i energooszczędne urządzenia do przechowywania danych. W przyszłości.

Zapotrzebowanie na pamięć masową rośnie szybciej niż związana z nią infrastruktura

Szybki wzrost technologii big data i korzystania z usług opartych na chmurze prowadzi do stałego wzrostu globalnego zapotrzebowania na szybsze przechowywanie i przetwarzanie danych. Jednak obecnie dostępne technologie nie będą w stanie sprostać temu w dłuższej perspektywie. mówi dr. David Bossini, fizyk z Uniwersytetu w Konstancji i pierwszy autor niniejszego opracowania.

Aby uniknąć załamania danych, samo zapewnienie większej pojemności pamięci nie wystarczy. Zrównoważone technologie muszą również stać się szybsze i bardziej energooszczędne niż tradycyjne urządzenia pamięci masowej. Jedną z klas materiałów sprzedawanych jako obiecujący kandydat i źródło rozwoju nowej generacji technologii informacyjnej są tak zwane antymagnesy.

Struktura antymagnetyczna

Wszyscy znamy z naszego codziennego życia magnesy trwałe wykonane z żelaza lub innych materiałów ferromagnetycznych. W nich powstaje zmodyfikowany układ momentów magnetycznych sąsiednich atomów ?? Czy możesz je sobie wyobrazić jak małe igły kompasu? Polaryzacja magnetyczna lub „namagnesowanie”, które działa również w pobliżu magnesu. Z drugiej strony, w przypadku tak zwanych antyferromagnetyków, wyrównanie momentów magnetycznych między sąsiednimi atomami zmienia się tak, że wzajemnie się znoszą. Więc nie ma czystych magnesów magnetycznych? Wyglądają na „niemagnetyczne” dla świata zewnętrznego.

W ich obrębie przeciwciała ferromagnetyczne podzielone są na dużą liczbę mniejszych obszarów, tzw. domen, które różnią się kierunkiem przeciwnie ułożonych momentów magnetycznych. Na swoich interfejsach domeny te są oddzielone od siebie regionami przejściowymi, które są określane jako „ściany domen”. „Chociaż te przejścia są wszechobecne w antyferromagnetykach, wcześniej niewiele wiedziano o wpływie ścian pola na właściwości magnetyczne antymagnesów, zwłaszcza patrząc na bardzo krótkie skale czasowe” – mówi Bossini.

Zjawiska magnetyczne w zakresie femtosekund

W swoim obecnym specjalistycznym artykule naukowcy opisują, co dzieje się, gdy antyferromagnetyki? W takim przypadku kryształy tlenku niklu?? Ultrakrótkie impulsy laserowe mogą być wzbudzane w zakresie femtosekund. Skala femtosekundowa obejmuje tak krótkie czasy, że nawet światło pokonuje w tym czasie tylko bardzo krótkie odległości: w ciągu jednej femtosekundy? Bilard ułamek sekundy?? Światło porusza się tylko o 0,3 mikrometra, czyli o średnicy małego zarodka.

Międzynarodowy zespół badawczy był w stanie wykazać, że ściany domen odgrywają aktywną rolę w dynamicznych właściwościach antymagnesów. W szczególności testy wykazały, że fale magnetyczne o różnych częstotliwościach w materiale mogą być wzbudzane, wzmacniane, a nawet sprzęgane ze sobą ponad granicami pola. Jest to jednak możliwe tylko w obecności ścian domen. „Nasze obserwacje pokazują, jak wszechobecność ścian domenowych w antyferromagnetykach może być wykorzystana do nadania materii nowej funkcjonalności w ultraszybkiej skali czasowej” – mówi Bossini, wyjaśniając znaczenie swoich badań.

Ważne kroki w kierunku wydajniejszego przechowywania danych

Sprzężenie różnych fal magnetycznych przez ściany domen pokazuje możliwość efektywnej kontroli czasowej i przestrzennej propagacji fal magnetycznych oraz transferu energii pomiędzy poszczególnymi falami w materii? To jest w zakresie femtosekund. Obydwa są warunkiem wstępnym wykorzystania materiałów do ultraszybkiego przetwarzania i przechowywania danych.

W porównaniu z tradycyjnymi technologiami przechowywania, takie technologie oparte na magnesach magnetycznych będą wielokrotnie szybsze, bardziej energooszczędne oraz mogą przechowywać i przetwarzać dane z większą gęstością. W przypadku braku sieci magnetycznej dane będą lepiej chronione przed zakłóceniami zewnętrznymi i manipulacją. Tak więc przyszłe technologie oparte na ferromagnetykach sprostają wszystkim wymaganiom, jakie będą stawiane nowej generacji nośników danych. Powinno to dać im możliwość zaspokojenia rosnącego zapotrzebowania na przestrzeń dyskową i możliwości przetwarzania danych”, podsumowuje Bossini.

Przegląd faktów

Oryginalny wpis: D. W Antymagnesach. Fizyczne listy kontrolne. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.077202

Badanie roli ścian polowych dla właściwości dynamicznych antymagnesów femtosekundowych

W obecności ścian domen fale magnetyczne o różnych częstotliwościach mogą być indukowane w materiale (tlenek niklu) za pomocą impulsów laserowych, wzmacniając i łącząc je ze sobą na granicach domen.

Skuteczna kontrola czasowej i przestrzennej propagacji fal magnetycznych, a także transferu energii między poszczególnymi falami w antymagnesach to obiecujące kroki w kierunku wykorzystania materiałów do zrównoważonego przechowywania danych i technik.

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Europejska Współpraca w dziedzinie Nauki i Technologii (COST), Fundacja Knuta i Alice Wallenberg, Szwedzka Rada ds. Badań (VR), Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERC) i Narodowa Fundacja Nauki (NSF).