11 Apr Schreib- / Löschzyklen optisch beschleunigt
Magnetische Bits zur Datenspeicherung lassen sich – anstatt wie üblich mit Magnetfeldern aus Schreibköpfen – auch durch ultraschnelle Laserpulse umschalten.
Nach einer Schätzung von IBM übersteigt die derzeitige Tagesproduktion digitaler Informationsbytes 2,5 Quintillionen (entspricht etwa 50 Millionen zweischichtigen Blu-ray-Discs, die übereinander gestapelt 60 km hoch wären) und wächst weiterhin in atemberaubendem Tempo. Die überwiegende Mehrheit dieser Daten wird magnetisch gespeichert, wobei ein binäres Bit, 0 oder 1, einer entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung entspricht, und heutzutage üblicherweise durch einen Elektromagneten geschrieben oder gelöscht wird. Da dieses Verfahren in Bezug auf Geschwindigkeit und Energieeffizienz grundlegende Beschränkungen aufweist, wird die Entdeckung des rein optischen Schaltens (All Optical Switching, AOS), das es ermöglicht ein magnetisches Bit nur mit Hilfe von Lichtpulsen zu schreiben oder zu löschen, als vielversprechender neuer Ansatz für die künftige Datenspeichertechnologie betrachtet.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie und der Freien Universität Berlin konnten zwei Strategien umsetzen, um den zeitlichen Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Femtosekundenlaserpulsen zu reduzieren, die die Magnetisierungsrichtung solcher magnetischen Legierungen immer noch erfolgreich hin- und herschalten können. Erstens konnte durch Verwendung von Substraten aus amorphem Glas, kristallinem Silizium oder polykristallinem Diamant gezeigt werden, dass effiziente Kühlraten des magnetischen Systems eine Voraussetzung für die Beschleunigung der Sequenz des Doppelpuls-Umschaltens sind. Einen deutlich größeren Einfluss auf die Remagnetisierungsrate und damit auf die Frequenz der Schreib- / Löschzyklen zeigte sich jedoch erst als das Übergangsmetall Eisen durch Kobalt ersetzt wurde.
Während die anfängliche Entmagnetisierung sehr ähnlich ist, ist die Relaxationsrate zu einem umgekehrten magnetischen Zustand deutlich unterschiedlich. Während GdCo seine Magnetisierung innerhalb von 5 ps auf 60 % umkehrt, wird der gleiche Wert in GdFe erst nach etwa 200 ps erreicht. Die Forschenden erklären diese Beobachtung mit der stärkeren Austauschwechselwirkung zwischen benachbarten Kobalt-Atomen (Co-Co) im Vergleich zu benachbarten Eisen-Atomen (Fe-Fe), die zu einer schnelleren magnetischen Ordnung des Übergangsmetall-Untergitters führt.
Nach dem besten Wissen des Teams ist dies die bisher schnellste beobachtete Sequenz einer Magnetisierungsumschaltung: nahezu Terahertz-Wiederholraten werden für Schreib-/Löschzyklen von magnetischen Bits erreicht.
Originalpublikation:
- Steinbach et al., Accelerating double pulse all-optical write/erase cycles in metallic ferrimagnets, Applied Physics Letters 120 (2022) 112406/1-7
https://doi.org/10.1063/5.0080351
Quelle: mbi-berlin.de
Partner: www.fu-berlin.de
Bild: [Applied Physics Letters 120 (2022) 112406/1-7]
