Ricercatori del CRANN (The Center for Research on Adaptive Nanostructures and Nanodevices), e la Scuola di Fisica del Trinity College di Dublino, ha annunciato oggi che un materiale magnetico sviluppato presso il Centro dimostra la commutazione magnetica più veloce mai registrata.

Il team ha utilizzato sistemi laser a femtosecondi nel laboratorio di ricerca sulla fotonica del CRANN per cambiare e quindi ricommutare l'orientamento magnetico del loro materiale in trilionesimi di secondo, sei volte più veloce del record precedente, e cento volte più veloce della velocità di clock di un personal computer.

Questa scoperta dimostra il potenziale del materiale per una nuova generazione di computer ultraveloci ad alta efficienza energetica e sistemi di archiviazione dati.

I ricercatori hanno raggiunto le loro velocità di commutazione senza precedenti in una lega chiamata MRG, sintetizzato per la prima volta dal gruppo nel 2014 dal manganese, rutenio e gallio. Nell'esperimento, il team ha colpito film sottili di MRG con esplosioni di luce laser rossa, fornendo megawatt di potenza in meno di un miliardesimo di secondo.

Il trasferimento di calore commuta l'orientamento magnetico di MRG. Ci vuole un decimo di picosecondo incredibilmente veloce per ottenere questo primo cambiamento (1 ps =un trilionesimo di secondo). Ma, ma ancora più importante, il team ha scoperto che potevano cambiare di nuovo l'orientamento 10 trilionesimi di secondo dopo. Questo è il cambio di orientamento di un magnete più veloce mai osservato.

I loro risultati sono stati pubblicati questa settimana sulla principale rivista di fisica, Lettere di revisione fisica .

La scoperta potrebbe aprire nuove strade per l'informatica innovativa e la tecnologia dell'informazione, data l'importanza dei materiali magnetici in questo settore. Nascosto in molti dei nostri dispositivi elettronici, così come nei data center su larga scala nel cuore di Internet, i materiali magnetici leggono e memorizzano i dati. L'attuale esplosione di informazioni genera più dati e consuma più energia che mai. Trovare nuovi modi efficienti dal punto di vista energetico per manipolare i dati, e materiali da abbinare, è una preoccupazione di ricerca mondiale.

La chiave del successo dei team Trinity è stata la loro capacità di ottenere la commutazione ultraveloce senza alcun campo magnetico. La commutazione tradizionale di un magnete utilizza un altro magnete, che ha un costo sia in termini di energia che di tempo. Con MRG la commutazione è stata ottenuta con un impulso di calore, sfruttando l'interazione unica del materiale con la luce.

I ricercatori del Trinity Jean Besbas e Karsten Rode discutono di una strada della ricerca:

"I materiali magnetici hanno intrinsecamente una memoria che può essere utilizzata per la logica. Finora, passaggio da uno stato magnetico 'logico 0, ' ad un altro ' 1 logico, ' è stato troppo affamato di energia e troppo lento. La nostra ricerca affronta la velocità dimostrando che possiamo passare MRG da uno stato all'altro in 0,1 picosecondi e, in modo cruciale, che un secondo interruttore può seguire solo 10 picosecondi dopo, corrispondente a una frequenza operativa di ~ 100 gigahertz, più veloce di qualsiasi altra cosa osservata prima.

"La scoperta evidenzia la capacità speciale del nostro MRG di accoppiare efficacemente luce e rotazione in modo da poter controllare il magnetismo con la luce e la luce con il magnetismo in tempi finora irraggiungibili".

Commentando il lavoro della sua squadra, Professor Michael Coey, Trinity's School of Physics e CRANN, disse, "Nel 2014, quando io e il mio team abbiamo annunciato per la prima volta di aver creato una lega di manganese completamente nuova, rutenio e gallio, noto come MRG, non abbiamo mai sospettato che il materiale avesse questo notevole potenziale magneto-ottico.

"Questa dimostrazione porterà a nuovi concetti di dispositivi basati sulla luce e sul magnetismo che potrebbero beneficiare di una velocità notevolmente maggiore e di un'efficienza energetica, forse alla fine realizzando un unico dispositivo universale con memoria e funzionalità logiche combinate. È una grande sfida, ma abbiamo mostrato un materiale che potrebbe renderlo possibile. Speriamo di ottenere finanziamenti e collaborazione nel settore per proseguire il nostro lavoro".