Pevné disky nové generace využívají světlo
Nizozemští výzkumníci vyvinuli hybridní technologii sdružující výhody optických i magnetických pevných disků, která provádí zápis dat přímo v magnetické paměti pomocí světelných impulzů.
Světlo je energeticky nejúčinnějším způsobem pohybu informací. Nicméně má jedno omezení: je těžké ho uložit. Datová centra se ve skutečnosti spoléhají především na magnetické pevné disky, v nichž se však informace přenášejí s dnes expandujícími nároky (a náklady) na energii. Výzkumníci Ústavu fotonové integrace Eindhovenské univerzity (TU/e) vyvinuli hybridní technologii, která kombinuje výhody jak světelných, tak magnetických pevných disků. Umožňují to ultrakrátké (femtosekundové) světelné impulsy. Jakmile jsou informace zapsány (a uloženy), přesunou se dopředu, aby se uvolnilo místo pro vyprázdnění paměťových domén, které mají být vyplněny novými daty. Výzkum, o němž informoval vědecký žurnál Nature Communications, slibuje revoluci v procesu ukládání dat v budoucích fotonických integrovaných obvodech.
Data jsou uložena na pevných discích ve formě „bitů" - malých magnetických domén se severním a jižním pólem. Směr těchto pólů (magnetizace) určuje, zda bity obsahují digitální 0 nebo 1. Zaznamenávání dat je prováděno přepnutím směru magnetizace přidružených bitů.
K přepínání dochází při použití vnějšího magnetického pole, které by zatlačilo směr pólů nahoru (1) nebo dolů (0). Alternativně může být ale dosaženo i použitím krátkého (femtosekundového) laserového impulsu, což je označováno jako plně optické přepínání a vede k účinnějšímu a mnohem rychlejšímu ukládání dat.
Optické spínání je známé asi deset let, když bylo poprvé pozorováno v ferimagnetických materiálech - mezi nejslibnějšími materiály pro magnetické paměťové zařízení - a tato oblast výzkumu získala velkou podporu. Přepínání magnetizace v těchto materiálech však vyžaduje více laserových impulzů a tím i dlouhé časy záznamu dat.
Ukládání dat tisíckrát rychleji
Doktor Mark Lalieu z oddělení aplikované fyziky TU/e, pod vedením Reinouda Lavrijsena a Berta Koopmanse, dokázal dosáhnout plně optického přepínání v syntetických ferimagnetech - materiálovém systému velmi vhodném pro spintronické datové aplikace - za použití jediných femtosekundových laserových impulzů, čímž využívá vysokou rychlost psaní dat a sníženou spotřebu energie. Ferimagnetické materiály nevykazují nad určitou teplotou (Néelova teplota) žádné magnetické uspořádání a pod ní fungují jako feromagnety a mohou držet spontánní magnetizaci.
Jak uvedl Mark Lalieu, přepínání směru magnetizace pomocí optického přepínání s jedním impulsem je v řádu pikosekund, což je zhruba 100 až 1000krát rychleji, než u dnes používaných technologií. Optická informace ukládaná v magnetických bitech navíc nevyžaduje energeticky náročnou elektroniku, což nabízí obrovský potenciál pro budoucí použití ve fotonických integrovaných obvodech.
Záznam dat „on-the-fly"
Výzkumníci navíc integrovali plně optické přepínání s tzv. racetrack memory - magnetickým vláknem, jehož prostřednictvím jsou data ve formě magnetických bitů efektivně transportována elektrickým proudem, kdy jsou magnetické bity nepřetržitě zaznamenávány pomocí světla a okamžitě elektricky přenášeny po vláknu, přičemž ponechávají prostor pro vyprázdnění a tím i pro uložení nových dat.
Toto kopírování informací „on-the-fly" mezi světelnými a magnetickými dráhami bez jakýchkoli elektronických kroků umožňující obrovské zvýšení rychlosti a snížení spotřeby energie přirovnávají vědci k vyskočení z pohybujícího se vysokorychlostního expresu na jiný - z „fotonického Thalysu" na „magnetické ICE", bez jakýchkoli mezizastávek.
Výzkum byl prováděn na mikrometrických vláknech. V budoucnu by měla být navržena menší zařízení v nanometrovém měřítku lépe integrovatelná do čipů. Kromě probíhající práce na konečné integraci fotonového paměťového zařízení je skupina Fyziky nanostruktur v současné době také zaměstnána výzkumem čtení (magnetických) dat, které může být provedeno také opticky.
277
