I ricercatori del CRANN e della Trinity's School of Physics hanno scoperto che un nuovo materiale può agire come un interruttore magnetico super veloce.

Quando viene colpito da successivi impulsi laser ultracorti, mostra una "commutazione a levetta" che potrebbe aumentare la capacità della rete globale di cavi in ​​fibra ottica di un ordine di grandezza.

Espandere la capacità di Internet

Il passaggio tra due stati, 0 e 1, è la base della tecnologia digitale e la spina dorsale di Internet. La stragrande maggioranza di tutti i dati che scarichiamo è archiviata magneticamente in enormi data center in tutto il mondo, collegati da una rete di fibre ottiche.

Gli ostacoli a ulteriori progressi con Internet sono tre, in particolare la velocità e il consumo energetico degli interruttori semiconduttori o magnetici che elaborano e memorizzano i nostri dati e la capacità della rete in fibra ottica di gestirli.

La nuova scoperta della commutazione a levetta ultraveloce che utilizza la luce laser su pellicole a specchio di una lega di manganese, rutenio e gallio noti come MRG potrebbero aiutare con tutti e tre i problemi.

Non solo la luce offre un grande vantaggio in termini di velocità, ma gli interruttori magnetici non hanno bisogno di alimentazione per mantenere il loro stato. Ma ancora più importante, ora offrono la prospettiva di un multiplexing rapido nel dominio del tempo della rete in fibra esistente, che potrebbe consentirgli di gestire una quantità di dati dieci volte superiore.

La scienza dietro la commutazione magnetica

Lavorando nel laboratorio di fotonica del CRANN, Il centro di ricerca sulla nanoscienza del Trinity, Il Dr. Chandrima Banerjee e il Dr. Jean Besbas hanno utilizzato impulsi laser ultraveloci della durata di appena cento femtosecondi (un diecimila miliardesimo di secondo) per commutare avanti e indietro la magnetizzazione dei film sottili di MRG. La direzione della magnetizzazione può puntare all'interno o all'esterno della pellicola.

Ad ogni successivo impulso laser, inverte bruscamente la sua direzione. Si pensa che ogni impulso riscaldi momentaneamente gli elettroni in MRG di circa 1, 000 gradi, che porta a un ribaltamento della sua magnetizzazione. La scoperta della commutazione a levetta ultraveloce di MRG è stata appena pubblicata sulla principale rivista internazionale, Comunicazioni sulla natura .

Il dottor Karsten Rode, Senior Research Fellow nel "Magnetism and Spin Electronics Group" della Trinity's School of Physics, suggerisce che la scoperta segna solo l'inizio di una nuova entusiasmante direzione di ricerca.

Il Dr. Rode ha dichiarato:"Abbiamo molto lavoro da fare per comprendere appieno il comportamento degli atomi e degli elettroni in un solido che è lontano dall'equilibrio su una scala temporale di femtosecondi. In particolare, come può il magnetismo cambiare così rapidamente obbedendo alla legge fondamentale della fisica che dice che il momento angolare deve essere conservato? Nello spirito del nostro team di spintronica, ora raccoglieremo dati da nuovi esperimenti con laser pulsato su MRG, e altri materiali, per comprendere meglio queste dinamiche e collegare la risposta ottica ultraveloce con il trasporto elettronico. Abbiamo in programma esperimenti con impulsi elettronici ultraveloci per verificare l'ipotesi che l'origine della commutazione a levetta sia puramente termica".

L'anno prossimo, Chandrima continuerà il suo lavoro presso l'Università di Haifa, Israele, con un gruppo in grado di generare impulsi laser ancora più brevi. I ricercatori della Trinità, guidato da Karsten, pianificare un nuovo progetto congiunto con i collaboratori nei Paesi Bassi, Francia, Norvegia e Svizzera, mirato a dimostrare il concetto di ultraveloce, multiplexing nel dominio del tempo di canali in fibra ottica.