利用激光完成超快速數(shù)據(jù)讀寫

現(xiàn)代生活是以數(shù)據(jù)為中心的，這意味著我們需要新的、快速和節(jié)能的方法來讀寫存儲設(shè)備上的數(shù)據(jù)。隨著由磁性材料制成的全光開關(guān)(AOS)的發(fā)展，使用激光脈沖代替磁體的基于光學(xué)的數(shù)據(jù)寫入方法在過去十年中引起了相當大的關(guān)注。AOS雖然快速節(jié)能，但是精度有問題。現(xiàn)在，埃因霍溫理工大學(xué)的科學(xué)家們設(shè)計了一種新方法：

　　激光脈沖用于將數(shù)據(jù)準確地寫入Co-Gd層，鐵磁材料用作參考以幫助寫入過程。研究成果發(fā)表在期刊《自然通訊》上。硬盤和其他設(shè)備中的磁性材料以計算機位的形式存儲數(shù)據(jù)，即0和1以向上或向下的磁自旋存儲。傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)是通過移動材料上的小磁鐵讀寫到硬盤驅(qū)動器的。然而，隨著對數(shù)據(jù)生產(chǎn)、消費、訪問和存儲的需求不斷增加，對訪問、存儲和記錄數(shù)據(jù)的更快和更節(jié)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(zhuǎn)換磁自旋的方向。可以使用兩種機制來寫入數(shù)據(jù)：多脈沖開關(guān)和單脈沖開關(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，這意味著它可以通過光的偏振來預(yù)先確定。但是，這種機制通常需要多個激光器，這會降低寫入速度和效率。另一方面，用于寫入的單脈沖會快得多，但是對單脈沖AOS的研究表明，切換是一個觸發(fā)過程。

　　這意味著為了改變特定磁性比特的狀態(tài)，需要該比特的先驗知識。換句話說，一個位的狀態(tài)必須在被覆蓋之前被讀取，這將把讀取階段引入寫入過程，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(shè)置和重置位的過程。現(xiàn)在，來自埃因霍溫工業(yè)大學(xué)應(yīng)用物理系的納米結(jié)構(gòu)物理小組展示了一種新方法，可以在磁存儲材料中實現(xiàn)確定性的單脈沖寫入，使寫入過程更加精確。參考層和間隔層的重要性

　　在實驗中，研究人員設(shè)計了一個由三層組成的書寫系統(tǒng)。由于鐵磁參考層由鈷和鎳制成或防止自由層、導(dǎo)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(zhuǎn)換，結(jié)合層的厚度小于15 nm。一旦被飛秒激光激發(fā)，參考層會在不到一皮秒的時間內(nèi)退磁。然后，與參考層中的自旋相關(guān)的一些損失的角動量被轉(zhuǎn)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?qū)省?/p>

然后，自旋電流從參考層通過Cu間隔層移動到自由層，在自由層，自旋電流可以幫助或阻止自由層中的自旋轉(zhuǎn)換，這取決于參考層和自由層的相對旋轉(zhuǎn)方向。改變激光能量將導(dǎo)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，觀察到翻轉(zhuǎn)切換。已經(jīng)證明，這兩個區(qū)域可以一起用于在寫入過程中精確地寫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(xiàn)是增強未來數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的重要一步。