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超快激光写入存储设备——确定性单脉冲AOS

发布时间: 2020-08-10 10:30:24   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

现代生活围绕着数据,人们需要新的、快速的、节能的方法来读写存储设备上的数据。随着磁性材料全光开关(AOS)技术的发展,利用激光脉冲代替磁体写入数据的光学方法在过去十年中受到了相当多的关注。虽然快速和节能,但AOS在精确度方面存在问题。埃因霍温理工大学的研究人员发明了一种新的方法,利用铁磁性材料作为参考,用激光脉冲将数据精确写入钴钆(Co/Gd)层。他们的研究发表在《自然·通讯》上。

硬盘驱动器和其他设备中的磁性材料以计算机位的形式存储数据,即01。磁自旋的方向可以向上或向下。传统上,通过在硬盘上移动一个小磁铁来读取和写入数据。然而,随着对数据生产、消费、访问和存储的需求不断增加,对更快、更节能的访问方法的需求也越来越大,需要确定性单脉冲AOS

磁性材料的全光开关(AOS)在速度和能源效率方面是一个很有前途的方法。AOS利用飞秒激光脉冲在皮秒尺度上改变磁旋的方向。多脉冲开关和单脉冲开关是两种写入数据的机制。在多脉冲开关中,自旋的最终方向是确定性的,这意味着它可以预先由光的偏振决定。然而,这种机制通常需要多个激光器,降低了写入的速度和效率。另一方面,单脉冲写入速度会快得多,但对单脉冲AOS的研究表明,切换是一个开关过程。这意味着要改变特定磁性位的状态,需要有对位的先验知识。换句话说,比特的状态必须先被读取,然后才能被覆盖,这就给写入过程引入了一个读阶段,从而限制了速度。

更好的方法是确定性的单脉冲AOS方法,其中位的最终方向只取决于用来设置和重置位的过程。在本次研究中,研究团队展示了一种新的方法,可以在磁存储材料中实现确定性单脉冲写入,使写入过程更加精确。研究人员设计了一个由三层组成的书写系统:一层由钴和镍制成的铁磁参考层,辅助或阻止自由层的自旋切换;一层导电的铜(Cu)间隔层或间隙层;一层可光切换的Co/Gd自由层。复合层的厚度小于15nm。一旦被飞秒激光激发,参考层在不到皮秒的时间内退磁。参考层中与自旋相关的一些失去的角动量随后被转换成电子携带的自旋电流。电流中的自旋与参考层中的自旋方向一致。

这个自旋电流随后从参考层通过铜间隔层(见图中的白色箭头)移动到自由层,在那里它可以帮助或阻止自由层的自旋切换。这取决于参考层和自由层的相对自旋方向。

. 三层书写系统示意图

改变激光能量会导致两种状态。首先,在某个阈值以上,自由层中的最终自旋方向完全由参考层决定;其次,在一个更高的阈值以上,观察到开关切换。研究人员已经证明,这两种机制结合,可以用于精确书写自由层的自旋状态,而不需要在书写过程中考虑其初始状态。这一发现为未来数据存储设备的扩展提供了一个重要途径。

 

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