利用激光完成超快速數據讀寫(xiě)
現代生活是以數據為中心的，這意味著(zhù)我們需要新的、快速和節能的方法來(lái)讀寫(xiě)存儲設備上的數據。隨著(zhù)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)的數據寫(xiě)入方法在過(guò)去十年中引起了相當大的關(guān)注。AOS雖然快速節能，但是精度有問(wèn)題?，F在，埃因霍溫理工大學(xué)的科學(xué)家們設計了一種新方法：
激光脈沖用于將數據準確地寫(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)和其他設備中的磁性材料以計算機位的形式存儲數據，即0和1以向上或向下的磁自旋存儲。傳統上，數據是通過(guò)移動(dòng)材料上的小磁鐵讀寫(xiě)到硬盤(pán)驅動(dòng)器的。然而，隨著(zhù)對數據生產(chǎn)、消費、訪(fǎng)問(wèn)和存儲的需求不斷增加，對訪(fǎng)問(wèn)、存儲和記錄數據的更快和更節能的方法有相當大的需求。
對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換磁自旋的方向?？梢允褂脙煞N機制來(lái)寫(xiě)入數據：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(zhù)它可以通過(guò)光的偏振來(lái)預先確定。但是，這種機制通常需要多個(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(zhù)為了改變特定磁性比特的狀態(tài)，需要該比特的先驗知識。換句話(huà)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置和重置位的過(guò)程?，F在，來(lái)自埃因霍溫工業(yè)大學(xué)應用物理系的納米結構物理小組展示了一種新方法，可以在磁存儲材料中實(shí)現確定性的單脈沖寫(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)驗中，研究人員設計了一個(gè)由三層組成的書(shū)寫(xiě)系統。由于鐵磁參考層由鈷和鎳制成或防止自由層、導電銅(Cu)間隔層或間隙層以及光學(xué)可切換Co/Gd自由層中的自旋轉換，結合層的厚度小于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對準。
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換，這取決于參考層和自由層的相對旋轉方向。改變激光能量將導致兩種狀態(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(guān)察到翻轉切換。已經(jīng)證明，這兩個(gè)區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)現是增強未來(lái)數據存儲設備的重要一步。
