La vie moderne tourne autour des données, ce qui signifie que nous avons besoin de nouveaux moyens rapides et économes en énergie pour lire et écrire des données sur des périphériques de stockage. Avec le développement de la technologie de commutation tout-optique de matériau magnétique (AOS), la méthode optique consistant à utiliser des impulsions laser au lieu d'aimants pour écrire des données a reçu une attention considérable au cours de la dernière décennie. Bien que rapide et économe en énergie, la technologie AOS a des problèmes de précision. Des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas ont inventé une nouvelle méthode qui utilise des matériaux ferromagnétiques comme référence pour écrire avec précision des données dans la couche de cobalt-gadolinium (Co / Gd) avec des impulsions laser. Leur recherche a été publiée dans Nature Communications.
Les matériaux magnétiques des disques durs et autres appareils stockent les données sous forme de bits informatiques. Traditionnellement, les données sont lues et écrites sur le disque dur en déplaçant un petit aimant sur le matériau. Cependant, alors que la demande de production, de consommation, d'accès et de stockage de données continue d'augmenter, il existe une demande considérable pour des méthodes plus rapides et plus économes en énergie pour accéder, stocker et enregistrer les données.
La commutation entièrement optique (AOS) des matériaux magnétiques est une méthode prometteuse en termes de vitesse et d'efficacité énergétique. Le commutateur tout optique utilise des impulsions laser femtosecondes pour changer la direction du spin magnétique sur l'échelle picoseconde. Deux mécanismes peuvent être utilisés pour écrire des données: des interrupteurs à bascule à impulsions multiples et à impulsion unique. Dans un commutateur à impulsions multiples, la direction finale du spin est déterministe, ce qui signifie qu'elle peut être déterminée à l'avance par la polarisation de la lumière. Cependant, ce mécanisme nécessite généralement plusieurs lasers, ce qui réduit la vitesse et l'efficacité de l'écriture.
D'un autre côté, la vitesse d'écriture à impulsion unique sera beaucoup plus rapide, mais les recherches sur le commutateur tout optique à impulsion unique montrent que la commutation à impulsion unique est un processus glissant. Cela signifie que pour changer l'état d'un bit magnétique spécifique, il faut une connaissance préalable du bit. En d'autres termes, l'état du BIT doit être lu avant de pouvoir être écrasé, ce qui introduit une phase de lecture dans le processus d'écriture, limitant ainsi la vitesse.
Une meilleure méthode est la méthode de commutation tout optique déterministe à impulsion unique, où la direction finale du bit dépend uniquement du processus utilisé pour définir et réinitialiser le bit. À l'heure actuelle, des chercheurs du groupe Nanostructure du département de physique appliquée de l'Université de technologie d'Eindhoven ont développé une nouvelle méthode pour obtenir une écriture déterministe à impulsion unique dans des matériaux de stockage magnétique, rendant le processus d'écriture plus précis.
Source de l'image: Université de technologie d'Eindhoven
Dans leur expérience, des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven ont conçu un système d'écriture composé de trois couches - une couche de référence ferromagnétique en cobalt et en nickel, qui aide ou empêche la couche libre dans la couche libre. Commutateur rotatif, une couche d'espacement ou une couche d'espacement en cuivre conducteur (Cu) et une couche libre de Co / Gd commutable optiquement. L'épaisseur de la couche composite est inférieure à 15 nm.
Une fois excitée par le laser femtoseconde, la couche de référence est démagnétisée en moins de 1 picoseconde. Une partie du moment cinétique perdu associé au spin dans la couche de référence est ensuite convertie en un courant de spin porté par l'électron. Les spins dans le courant sont dans la même direction que les spins dans la couche de référence.
Ce courant de rotation passe ensuite de la couche de référence à travers la couche d'espacement en cuivre (la flèche blanche sur la figure) vers la couche libre, où il peut aider ou empêcher la commutation de rotation dans la couche libre. Cela dépend de la direction de rotation relative de la couche de référence et de la couche libre.
La modification de l'énergie laser provoquera deux états. Tout d'abord, au-dessus d'un seuil, la direction de rotation finale dans la couche libre est complètement déterminée par la couche de référence; deuxièmement, au-dessus d'un seuil plus élevé, une commutation est observée. Les chercheurs ont montré que ces deux mécanismes peuvent être utilisés pour écrire avec précision l'état de rotation de la couche libre sans tenir compte de son état initial lors du processus d'écriture. Cette découverte constitue un développement important pour notre future expansion des périphériques de stockage de données.