Rahul Jangid, người đứng đầu phân tích dữ liệu cho dự án trong khi lấy bằng Tiến sĩ, cho biết: “Chúng tôi muốn nghiên cứu tính chất vật lý của các tương tác quang sinh học”. về khoa học và kỹ thuật vật liệu dưới sự chỉ đạo của Roopali Kukreja, phó giáo sư tại UC Davis. “Điều gì xảy ra khi bạn chạm vào một miền từ tính bằng xung laser rất ngắn?”
Miền là một vùng bên trong nam châm chuyển động từ cực bắc sang cực nam. Thuộc tính này được sử dụng để lưu trữ dữ liệu, chẳng hạn như trong ổ đĩa cứng máy tính.
Jangid và các đồng nghiệp của ông phát hiện ra rằng khi một nam châm bị chiếu bởi một xung laser, các vách đômen trong lớp sắt từ di chuyển với tốc độ khoảng 66 km/giây, nhanh hơn khoảng 100 lần so với giới hạn tốc độ được cho là trước đây.
Các bức tường miền di chuyển với tốc độ như vậy có thể ảnh hưởng đáng kể đến cách lưu trữ và xử lý dữ liệu, cung cấp bộ nhớ nhanh hơn, ổn định hơn và giảm mức tiêu thụ năng lượng của các thiết bị điện tử spin, chẳng hạn như ổ đĩa cứng, sử dụng spin electron trong nhiều lớp kim loại từ tính để lưu trữ, xử lý hoặc truyền tải thông tin.
“Không ai nghĩ những bức tường này có thể di chuyển nhanh như vậy bởi lẽ chúng phải đạt tới giới hạn của mình”, Jangid nói. "Nghe có vẻ hoàn toàn chuối, nhưng đó là sự thật." Đó là "quả chuối" vì hiện tượng sự cố Walker, nói rằng các bức tường miền chỉ có thể được đẩy đi xa với một tốc độ nhất định trước khi chúng bị phá vỡ và ngừng di chuyển một cách hiệu quả. Tuy nhiên, nghiên cứu này cung cấp bằng chứng cho thấy tia laser có thể được sử dụng để điều khiển các bức tường miền ở tốc độ chưa từng được biết đến trước đây.
Trong khi hầu hết các thiết bị cá nhân như máy tính xách tay và điện thoại di động đều sử dụng ổ đĩa flash nhanh hơn thì các trung tâm dữ liệu lại sử dụng ổ cứng rẻ hơn, chậm hơn. Tuy nhiên, mỗi khi một bit thông tin được xử lý hoặc đảo ngược, các ổ đĩa sẽ đốt rất nhiều năng lượng bằng cách sử dụng từ trường để dẫn nhiệt qua cuộn dây. Nếu các ổ đĩa có thể sử dụng xung laser trên các lớp từ tính, các thiết bị sẽ hoạt động ở điện áp thấp hơn và năng lượng cần thiết cho việc lật bit sẽ giảm đi đáng kể.
Các dự đoán hiện tại cho thấy CNTT sẽ chiếm 21% nhu cầu năng lượng của thế giới vào năm 2030, góp phần gây ra biến đổi khí hậu, một phát hiện được Jangid và các đồng tác giả nhấn mạnh trong bài báo có tựa đề "Vận tốc tường miền cực cao dưới sự kích thích quang cực nhanh" được xuất bản. Ngày 19 tháng 12 trên tạp chí Physical Review Letters. Phát hiện này xảy ra vào thời điểm việc tìm kiếm các công nghệ tiết kiệm năng lượng là rất quan trọng.
Để tiến hành thí nghiệm, Jangid và các cộng tác viên, bao gồm các nhà nghiên cứu của Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia; Đại học California, San Diego; Đại học Colorado, Colorado Springs; và Đại học Stockholm, đã sử dụng Cơ sở nghiên cứu đa ngành về bức xạ laser điện tử tự do (MFRF), một nguồn laser điện tử tự do đặt tại Trieste, Ý.
“Laze điện tử tự do là một cơ sở điên rồ,” Jangid nói. "Đó là một ống chân không dài 2-dặm, trong đó bạn lấy một số ít electron, tăng tốc chúng đến tốc độ ánh sáng và cuối cùng quay chúng xung quanh để tạo ra tia X sáng đến mức nếu bạn không cẩn thận, mẫu có thể bị bay hơi. Hãy coi nó như việc tập trung tất cả ánh sáng mặt trời chiếu xuống Trái đất vào một đồng xu - đó là lượng quang thông mà chúng ta có ở tia laser điện tử tự do.
Tại Fermi, nhóm đã sử dụng tia X để đo điều gì xảy ra khi nam châm có kích thước nano với nhiều lớp coban, sắt và niken bị kích thích bởi xung femto giây. Một femto giây được định nghĩa là 10 mũ âm mười lăm giây hoặc một phần triệu của một phần tỷ giây.
“Có nhiều femto giây trong một giây hơn số ngày trong tuổi của vũ trụ,” Jangid nói. “Đây là những phép đo rất nhỏ, cực kỳ nhanh và thật khó để bạn có thể quay đầu lại.”
Jangid đang phân tích dữ liệu và phát hiện ra rằng chính những xung laser cực nhanh này đã kích thích lớp sắt từ, khiến các vách đômen chuyển động. Dựa trên tốc độ di chuyển của các bức tường miền này, nghiên cứu cho thấy rằngtia laser cực nhanhcác xung có thể chuyển đổi các bit thông tin được lưu trữ nhanh hơn khoảng 1,{1}} lần so với các phương pháp dựa trên từ trường hoặc dòng điện xoay chiều được sử dụng ngày nay.
Kỹ thuật này không thực tế vì các tia laser hiện tại tiêu thụ rất nhiều năng lượng. Tuy nhiên, Jangid nói rằng các quy trình tương tự như quy trình được sử dụng bởi đĩa compact để lưu trữ thông tin bằng tia laser và đầu đĩa CD để phát thông tin bằng tia laser có thể hoạt động trong tương lai.
Các bước tiếp theo bao gồm khám phá thêm các tính chất vật lý của các cơ chế cho phép tốc độ thành miền cực nhanh vượt quá giới hạn đã biết trước đó, cũng như chụp ảnh chuyển động của thành miền. Nghiên cứu này sẽ tiếp tục tại UC Davis dưới sự lãnh đạo của Kukreja. Jangid hiện đang tiến hành nghiên cứu tương tự tại Nguồn sáng Synchrotron Quốc gia 2 tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Brookhaven.
Jangid nói: “Có nhiều khía cạnh của hiện tượng cực nhanh mà chúng ta mới bắt đầu hiểu được”. “Tôi háo hức giải quyết một số câu hỏi nổi bật có thể mở ra những tiến bộ mang tính biến đổi trong điện tử học spin công suất thấp, lưu trữ dữ liệu và xử lý thông tin.”
Đọc thêm tại
