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快进6倍!磁性材料刷新超快速存储器纪录:在万亿分之一秒内切换

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前瞻网 2021-05-07 09:54

自适应纳米结构和纳米器件研究中心(CRANN)和都柏林三一学院物理学院的研究人员最新宣布,该中心开发的一种磁性材料,展示了有史以来最快的磁“开关”(将信息“写入”到磁存储器的过程)。

该团队使用了CRANN光子研究实验室的飞秒激光系统,在万亿分之一秒(1皮秒)内切换,然后重新切换材料的磁方向,比之前的纪录快6倍,比个人电脑的时钟速度快100倍。

这一发现表明,这种材料具有开发新一代高效超高速计算机和数据存储系统的潜力。

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研究人员在一种名为MRG的合金中实现了前所未有的切换速度,这种合金是该团队2014年首次用锰、钌和镓合成的。在实验中,研究小组用红色激光照射MRG薄膜,在不到十亿分之一秒的时间内提供兆瓦的能量。

热传导改变磁流变液的磁取向。实现第一个变化需要非常快的十分之一皮秒(1ps =万亿分之一秒)。但是,更重要的是,研究小组发现,它们可以在10万亿分之一秒之后再次改变方向。这是迄今为止观察到的磁体方向重新转换最快的一次。

他们的研究结果本周发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

鉴于磁性材料在这一行业的重要性,这一发现可能为创新的计算和信息技术开辟新的途径。磁性材料,隐藏在我们的许多电子设备中,以及在互联网中心的大型数据中心,读取和存储数据。当前的信息爆炸产生了比以往任何时候都多的数据,消耗了更多的能量。寻找新的能源有效的方法来处理数据和匹配材料,是全球范围内的一大研究热点。

都柏林三一学院团队成功的关键是他们能够在没有任何磁场的情况下实现超快转换。传统的磁铁转换使用另一个磁铁,这在能量和时间上都是有成本的。MRG的开关是通过热脉冲实现的,利用了材料与光的独特相互作用。

研究人员Jean Besbas和Karsten Rode讨论了其中一个研究方向:

“磁性材料天生具有可用于逻辑的记忆能力。到目前为止,从一种“逻辑0”状态切换到另一种“逻辑1”状态,一直是能量消耗太大、速度太慢。我们的研究表明,我们可以在0.1皮秒内将MRG从一种状态切换到另一种状态,关键的是,第二个“开关”可以仅在10皮秒后进行,对应的操作频率约为100千兆赫兹——比之前观察到的任何状态都要快。

“这一发现凸显了我们的MRG的特殊能力,即有效地耦合光和自旋,这样我们就可以用光来控制磁性,以及在迄今为止无法实现的时间尺度上控制光与磁性。”

“这个演示将引出基于光和磁的新器件概念,这将受益于大大提高的速度和能源效率,有望最终带来一个结合了内存和逻辑功能的单一通用器件。”这是一个巨大的挑战,但我们已经展示了一种可能使之成为可能的材料,希望能继续推进这一研究。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://phys.org/news/2021-05-magnetic-material-super-fast.html

论文链接:http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.177202

立足学术前沿,远瞻产业发展。更多数据请参考前瞻产业研究院《2021-2026年中国磁性材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》,同时前瞻产业研究院提供产业大数据、产业规划、产业申报、产业园区规划、产业招商引资、IPO募投可研等解决方案。

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