Новое поколение фотонной памяти: оптическая запись, скорость, эффективность.

Оптическое переключение. Данные хранятся в форме «битов», которые содержат значение 0 (магнитный момент направлен вниз) или 1 (вверх). Запись данных достигается путем «переключения» направления магнитных моментов посредством применения коротких лазерных импульсов.

Оптическое переключение. Данные хранятся в форме «битов», которые содержат значение 0 (магнитный момент направлен вниз) или 1 (вверх). Запись данных достигается путем «переключения» направления магнитных моментов посредством применения коротких лазерных импульсов.

Свет — самый энергоэффективный способ передачи информации. Тем не менее, у него есть один серьезный недостаток: его трудно хранить. Центры обработки данных полагаются главным образом на магнитные жесткие диски, однако с их помощью информация передается с значительными затратами энергии, которые с годами только возрастают. Исследователи из Института фотонной интеграции Эйндховенского технического университета разработали «гибридную технологию», которая демонстрирует интеграцию оптических методов и магнитных жестких дисков.

Сверхкороткие (фемтосекундные) световые импульсы позволяют напрямую записывать данные в магнитную память быстрым и эффективным образом. Более того, как только информация записывается (и сохраняется), ее блок перемещается вперед, оставляя пустые области памяти, которые будут заполнены новыми данными. Это исследование, опубликованное в Nature Communications, обещает совершить революцию в хранении данных с помощью фотонных интегральных схем.

Данные хранятся на жестких дисках в виде «битов», крошечных магнитных доменов с двумя полюсами. Направление этих полюсов («намагниченность») определяет, содержат ли биты значение 0 или 1. Запись данных достигается путем «переключения» направления намагниченности связанных битов.

Синтетические ферромагнетики

Обычно переключение происходит с помощью внешнего магнитного поля, которое перенаправляет полюс вверх (1) или вниз (0). Альтернативой является переключение посредством применения ультракороткого лазерного импульса, которое называется оптическим переключением, и дает более эффективную и гораздо более быструю запись данных.

Марк Лальё, кандидат технических наук Факультета прикладной физики, говорит: «Оптическое переключение для хранения данных известно ученым уже около десятилетия. Когда оптическое переключение впервые начали исследовать в ферромагнитных материалах – одних из самых многообещающих материалов для устройств с магнитной памятью — эта область исследований получила значительное развитие». Однако переключение намагниченности в этих материалах требует многократных лазерных импульсов и, следовательно, длительного времени записи данных.

Магнитные биты (1 и 0) записываются лазерными импульсами (красные импульсы, левая сторона), а данные передаются по треку в другую сторону (черные стрелки). В будущем данные также смогут и считываться оптически (красные импульсы, правая сторона).

Магнитные биты (1 и 0) записываются лазерными импульсами (красные импульсы, левая сторона), а данные передаются по треку в другую сторону (черные стрелки). В будущем данные также смогут и считываться оптически (красные импульсы, правая сторона).

Хранение данных в тысячу раз быстрее

Лальё под руководством Рейно Лаврийсен и Берт Купманс смог добиться оптического переключения в синтетических ферромагнетиках — материалах, отлично подходящих для влияния на спинторонные данные — с использованием одиночных фемтосекундных лазерных импульсов, что позволило реализовать высокую скорость записи данных и уменьшить энергопотребление.

Так что же лучше: Оптическое переключение или Магнитные технологии хранения данных?

По словам Лальё, переключение направления намагничивания с помощью одноимпульсного оптического переключения происходит со скоростью порядка пикосекунд, что примерно в 100-1000 раз быстрее, чем это возможно для современных технологий. Более того, поскольку оптическая информация сохраняется в магнитных битах без использования дорогостоящей электроники, технология обладает огромным потенциалом для будущего использования в фотонных интегральных схемах.

Кроме того, Лальё объединил оптическое переключение с так называемой трековой памятью — магнитным проводом, через который данные в форме магнитных битов эффективно переносятся с использованием электрического тока. В этой системе магнитные биты непрерывно записываются с использованием света и сразу же транспортируются по проводу электрическим током, оставляя на своем месте пустые магнитные биты и, таким образом, место для новых данных.

На данный момент исследование проводилась на проводах порядка микрон, но в будущем ученые планируют перейти в наномасштаб для лучшей интеграции технологии в микросхемы. Вторым направлением исследования группы ученых является вопрос оптического считывания магнитных данных.

Источник: M. L. M. Lalieu et al. Integrating all-optical switching with spintronics, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-018-08062-4 

Оставьте комментарий:

Ваш e-mail не будет опубликован.