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磁性材料打破超快速开关记录

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妙手带夫 楼主
发布于 2021-06-03 09:41
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magnetism

CRANN(自适应纳米结构和纳米器件研究中心)和都柏林三一学院物理学院的研究人员今天宣布,该中心开发的一种磁性材料展示了有史以来最快的磁开关。

该团队使用了CRANN光子研究实验室的飞秒激光系统,在万亿分之一秒内切换然后重新切换材料的磁方向,比之前的记录快6倍,比个人电脑的时钟速度快100倍。

这一发现表明,这种材料具有开发新一代高效超高速计算机和数据存储系统的潜力。

研究人员在一种名为MRG的合金中实现了前所未有的切换速度,这种合金是该团队2014年首次用锰、钌和镓合成的。在实验中,研究小组用红色激光照射MRG薄膜,在不到十亿分之一秒的时间内提供兆瓦的能量。

热传导改变磁流变液的磁取向。实现第一个变化需要非常快的十分之一皮秒(1ps =万亿分之一秒)。但是,更重要的是,研究小组发现,它们可以在10万亿分之一秒之后再次改变方向。这是迄今为止观察到的磁体方向重新转换最快的一次。

他们的研究结果本周发表在著名的物理学杂志上, 物理评论快报

鉴于磁性材料在这一行业的重要性,这一发现可能为创新的计算和信息技术开辟新的途径。磁性材料隐藏在我们的许多电子设备中,以及在互联网中心的大型数据中心,读取和存储数据。当前的信息爆炸产生了比以往任何时候都多的数据,消耗了更多的能量。寻找新的能源有效的方法来处理数据和匹配材料,是世界范围内的研究热点。

三一团队成功的关键是他们能够在没有任何磁场的情况下实现超快转换。传统的磁铁转换使用另一个磁铁,这在能量和时间上都是有成本的。MRG的开关是通过热脉冲实现的,利用了材料与光的独特相互作用。

三一学院的研究人员Jean Besbas和Karsten Rode讨论了其中一个研究方向:

“磁性材料天生具有可用于逻辑的记忆能力。到目前为止,从一种“逻辑0”状态切换到另一种“逻辑1”状态,一直是能量消耗太大、速度太慢。我们的研究表明,我们可以在0.1皮秒内将MRG从一种状态切换到另一种状态,关键的是,第二个开关只能在10皮秒后进行,对应的操作频率约为100千兆赫兹——比之前观察到的任何状态都要快。

“这一发现凸显了我们的MRG的特殊能力,即有效地耦合光和自旋,这样我们就可以用光来控制磁性,以及在迄今为止无法实现的时间尺度上控制光与磁性。”

评论他的团队的工作,教授Michael它三一学院的物理学和CRANN,说:“我和我的团队在2014年首次宣布,我们已经创建了一个全新的锰合金,钌和镓,称为著,我们从不怀疑有显著的磁光材料的潜力。

“这个演示将引出基于光和磁的新器件概念,这将受益于大大提高的速度和能源效率,也许最终实现一个结合了内存和逻辑功能的单一通用器件。”这是一个巨大的挑战,但我们已经展示了一种可能使之成为可能的材料。我们希望获得资金和行业合作来继续我们的工作。”


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