利用激光完成超快速數(shù)據(jù)讀寫(xiě)

現(xiàn)代生活是以數(shù)據(jù)為中心的，這意味著我們需要新的、快速和節(jié)能的方法來(lái)讀寫(xiě)存儲(chǔ)設(shè)備上的數(shù)據(jù)。隨著由磁性材料制成的全光開(kāi)關(guān)(AOS)的發(fā)展，使用激光脈沖代替磁體的基于光學(xué)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入方法在過(guò)去十年中引起了相當(dāng)大的關(guān)注。AOS雖然快速節(jié)能，但是精度有問(wèn)題?，F(xiàn)在，埃因霍溫理工大學(xué)的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了一種新方法：

　　激光脈沖用于將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地寫(xiě)入Co-Gd層，鐵磁材料用作參考以幫助寫(xiě)入過(guò)程。研究成果發(fā)表在期刊《自然通訊》上。硬盤(pán)和其他設(shè)備中的磁性材料以計(jì)算機(jī)位的形式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即0和1以向上或向下的磁自旋存儲(chǔ)。傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)是通過(guò)移動(dòng)材料上的小磁鐵讀寫(xiě)到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的。然而，隨著對(duì)數(shù)據(jù)生產(chǎn)、消費(fèi)、訪問(wèn)和存儲(chǔ)的需求不斷增加，對(duì)訪問(wèn)、存儲(chǔ)和記錄數(shù)據(jù)的更快和更節(jié)能的方法有相當(dāng)大的需求。

　　對(duì)確定性的單脈沖需求

　　磁性全光開(kāi)關(guān)(AOS)在速度和能量效率方面是一種有前途的方法。AOS使用飛秒激光脈沖在皮秒尺度上轉(zhuǎn)換磁自旋的方向。可以使用兩種機(jī)制來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)：多脈沖開(kāi)關(guān)和單脈沖開(kāi)關(guān)。在多脈沖切換中，自旋的最終方向(即向上或向下)是確定的，這意味著它可以通過(guò)光的偏振來(lái)預(yù)先確定。但是，這種機(jī)制通常需要多個(gè)激光器，這會(huì)降低寫(xiě)入速度和效率。另一方面，用于寫(xiě)入的單脈沖會(huì)快得多，但是對(duì)單脈沖AOS的研究表明，切換是一個(gè)觸發(fā)過(guò)程。

　　這意味著為了改變特定磁性比特的狀態(tài)，需要該比特的先驗(yàn)知識(shí)。換句話說(shuō)，一個(gè)位的狀態(tài)必須在被覆蓋之前被讀取，這將把讀取階段引入寫(xiě)入過(guò)程，從而限制了速度。更好的方法是確定性單脈沖AOS方法，其中位的最終方向僅取決于用于設(shè)置和重置位的過(guò)程?，F(xiàn)在，來(lái)自埃因霍溫工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理系的納米結(jié)構(gòu)物理小組展示了一種新方法，可以在磁存儲(chǔ)材料中實(shí)現(xiàn)確定性的單脈沖寫(xiě)入，使寫(xiě)入過(guò)程更加精確。參考層和間隔層的重要性

　　在實(shí)驗(yàn)中，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)由三層組成的書(shū)寫(xiě)系統(tǒng)。由于鐵磁參考層由鈷和鎳制成或防止自由層、導(dǎo)電銅(Cu)間隔層或間隙層以及光學(xué)可切換Co/Gd自由層中的自旋轉(zhuǎn)換，結(jié)合層的厚度小于15 nm。一旦被飛秒激光激發(fā)，參考層會(huì)在不到一皮秒的時(shí)間內(nèi)退磁。然后，與參考層中的自旋相關(guān)的一些損失的角動(dòng)量被轉(zhuǎn)換成由電子攜帶的自旋電流，并且電流自旋與參考層中的自旋方向?qū)?zhǔn)。

然后，自旋電流從參考層通過(guò)Cu間隔層移動(dòng)到自由層，在自由層，自旋電流可以幫助或阻止自由層中的自旋轉(zhuǎn)換，這取決于參考層和自由層的相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向。改變激光能量將導(dǎo)致兩種狀態(tài)：第一，在閾值以上，自由層中的最終自旋取向完全由參考層決定；第二，在更高的閾值之上，觀察到翻轉(zhuǎn)切換。已經(jīng)證明，這兩個(gè)區(qū)域可以一起用于在寫(xiě)入過(guò)程中精確地寫(xiě)入自由層中的自旋狀態(tài)，而不管其初始狀態(tài)如何。這一發(fā)現(xiàn)是增強(qiáng)未來(lái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的重要一步。