‘Artist impression’ van het optische schakelen van magnetische bits. Een laserpuls (rood) verandert de richting van de magnetisatie en bepaalt daarmee of het een 0 of een 1 wordt (afbeelding: TU Eindhoven).
Licht is de meest energie-efficiënte manier om informatie te verzenden. Het is alleen niet eenvoudig om licht op te slaan. Vandaar dat datacenters nog steeds gebruik maken van magnetische harde schijven, maar daarmee kost het versturen van informatie dan weer erg veel energie.
Licht is de meest energie-efficiënte manier om informatie te verzenden. Het is alleen niet eenvoudig om licht op te slaan. Vandaar dat datacenters nog steeds gebruik maken van magnetische harde schijven, maar daarmee kost het versturen van informatie dan weer erg veel energie. Onderzoekers van het Institute of Photonic Integration aan de TU Eindhoven hebben echter in het tijdschrift Nature Communications een ‘hybride techniek’ gepresenteerd die de voordelen van licht en magnetische opslag combineert. Ultrakorte lichtpulsen maken het mogelijk om gegevens direct in een magnetisch geheugen te schrijven op een snelle en zeer energiezuinige manier.
Magnetische domeinen
Gegevens worden op een harde schijf opgeslagen in de vorm van ‘bits’, minuscule magnetische domeinen met een noordpool en een zuidpool. De richting van deze polen (‘magnetisatie’) bepaalt of de bits een digitale 0 of een 1 bevatten. Het schrijven van de gegevens gebeurt door de richting van de magnetisatie van de bijbehorende bits om te schakelen.
Synthetische ferrimagneten
Conventioneel vindt het schakelen plaats door een extern magnetisch veld aan te leggen, die de richting van de polen ofwel omhoog (1) of omlaag (0) dwingt. Een alternatief is om het schakelen optisch te doen, door gebruik te maken van een zeer korte (femtoseconde-)laserpuls. Hiermee kan de opslag van gegevens potentieel sneller en efficiënter gebeureHet is de onderzoekers gelukt om het optisch schakelen te realiseren in zogeheten synthetische ferrimagneten – materialen die zeer geschikt zijn voor spintronicatoepassingen. Dit lukte met een enkele femtoseconde laserpuls, waardoor het schrijven van gegevens energiezuinig én snel gebeurt.
‘On-the-fly’ data schrijven
Daarnaast combineerden de onderzoekers het optisch schakelen met een zogenaamd racetrackgeheugen, een magnetische draad waardoorheen de gegevens, in de vorm van magnetische bits, efficiënt worden getransporteerd met behulp van een elektrische stroom. In dit systeem worden magnetische bits continu met licht opgeslagen en onmiddellijk langs de draad getransporteerd door de elektrische stroom, waardoor ruimte vrijkomt voor lege magnetische bits en dus nieuwe gegevens worden opgeslagen. Dit ‘on the fly’ kopiëren van informatie tussen licht en magnetische racebanen, zonder tussenliggende elektronische stappen, is als het heen en weer springen tussen twee rijdende hogesnelheidstreinen, in plaats van dat men moet overstappen op een station. Dat is uiteraard veel sneller en energiezuiniger.
Het 'on-the-fly' schrijven van gegevens in een racetrack-geheugen. De magnetische bits (enen en nullen) worden geschreven door laserpulsen (rode puls, linkerkant). Deze bewegen vervolgens over de racetrack (zwarte pijlen). In de toekomst kan de data mogelijk ook weer optisch worden uitgelezen (rode puls, rechterkant). Afbeelding: TU Eindhoven.
Nanoschaal
Het onderzoek is uitgevoerd met microdraden. In de toekomst moet verkleind worden naar de nanoschaal om integratie met computerchips mogelijk te maken. De onderzoeksgroep Physics of Nanostructures werkt ook aan het optisch uitlezen van de (magnetische) data.
