Balstogės (Lenkija) ir Radboudo (Olandija) universitetų fizikai sukūrė rekordiškai sparčiai duomenis įrašančią ir nuskaitančią atmintinę – vieno bito perdavimas trunka trumpiau nei 20 pikosekundžių (atitinka 50 Gbps). Šis rodiklis dabartines „flash“ tipo atmintines lenkia mažiausiai 500 kartų (nuskaitant).
Eksperimento schema. Granato plotelio įmagnetėjimas nustatomas iš bandomojo impulso (kairėje viršuje) poliarizacijos pasisukimo (Faradėjaus efektas). Dešinėje apačioje —domeno įmagnetėjimo evoliucija. Vieno bito įrašymas trunka 20 pikosekundžių ir trumpiau.
©A. Stupakiewicz et al. / arXiv.org, 2016
Įrenginio veikimas pagrįstas magnetinių būsenų įrašymu optiniais impulsais. Pasak autorių, be didelės veikimo spartos, atminčiai reikia itin mažai energijos būsenos perjungimui iš „0“ į „1“ – maždaug milijardą kartų mažiau, nei HDD ir „Flash“. Tyrimas publikuotas žurnale „Nature“.
Vienas iš atminties elementų spartinimo būdų – magnetinio (HDD) ar elektrinio (Flash) įrašymo pakeitimas magnetooptiniu. Tam tikrais lazerio impulsais veikiami magnetinių medžiagų domenai gali pakeisti savo įmagnetėjimą, o magnetų koerciškumas neleidžia šiam įmagnetėjimui išnykti. Tačiau tuo pat metu medžiaga sugeria optinį spinduliavimą ir šyla. Įkaitusios virš tam tikros temperatūros (Kiuri taško) magnetinės medžiagos magnetinių domenų išsidėstymas suyra, ir įrašyta informacija prarandama. Su šiomis problemomis susidūrė fizikai, kurie bandė sukurti tokią atmintį metalų lydinių pagrindu.
Naujojo darbo autoriai rado medžiagą, kuriame magnetinės būsenos perjungimo energija daug mažesnė, nei reikalinga įkaitinimui iki Kiuri taško temperatūros. Tai itrio–geležies granatas, kuriame dalis geležies atomų pakeista kobalto atomais. Ši optiškai skaidri medžiaga nepraleidžia elektros srovės.
Įrašydami informacijos bitą, fizikai apšvietė medžiagos plotelį apšvietė tam tikros poliarizacijos (išilgai vienos granato kristalografinės ašies) femtosekundiniu lazerio impulsu. Tada kobalto jonuose įvyksta elektronų perskirstymas, pakeičiantis granato domenų įmagnetėjimą. Mokslininkų vertinimu, permagnetinant 20×20×10 nanometrų bitą, išsiskiria 22 atodžauliai šilumos. Palyginimui, įrašant vieną bitą į standųjį diską, panaudojama ~10–100 nanodžaulių energijos (milijardą kartų daugiau). Vieno bito įrašymo ir nuskaitymo laikas yra <20 pikosekundžių, kai tuo tarpu „Flash“ atminties technologijos (skaitymo) – 10 000 pikosekundžių. Įrašytą informaciją ištrinti galima, trumpai paveikus išoriniu magnetiniu lauku. Autoriai patikrino sistemos veikimo stabilumą, kelias dienas atlikdami įrašymo/nuskaitymo/trynimo ciklus.
Viršutiniame dešiniajame kampe: „0“ ir „1“ įrašymas skirtingos poliarizacijos impulsais. Apačioje – ciklinio įrašymo „0“-„1“-„0“-„1“-... procesas
©A. Stupakiewicz et al. / arXiv.org, 2016
Mokslininkų žodžiais tariant, perjungimo s[arta gali būti dar padidinta. Įmagnetėjimo perjungimą lemia medžiagos savybių anizotropija – jų nevienodumas skirtingomis kryptimis. Fizikai tvirtina, kad granato anizotropiškumą galima išoriniais elektros laukais. Taip galima pasiekti, kad magnetinių būsenų perjungimas vyktų tik tuo pat metu įjungus elektrinį lauka ir spinduliavimą šviesa. Taip tikimasi dar sumažinti išsklaidomos šilumos kiekį.
Anksčiau rašėme apie rekordinio informacijos įrašymo tankumo atmintį, kuri sukurta Delfto universitete. Vieno bito įrašymui joje panaudojami vos keli atomai, o pats įrašymas vykdomas skenuojančiu tuneliniu mikroskopu. Jo adata pavieniai chloro atomai perkeliami vario monokristalo paviršiumi.
