A fény az információ mozgatásának leghatékonyabb módja. A fénynek azonban van egy nagy hátránya: nehéz tárolni. Az adatközpontok elsősorban a mágneses merevlemezekre támaszkodnak. A merevlemezeken azonban az információt olyan energiaköltséggel továbbítják, amely manapság egyre magasabb.
Az Eindhoveni Műszaki Egyetem Fotonikai Integrációs Intézetének kutatói kifejlesztettek egy "hibrid technológiát," amely rendelkezik mind a fény, mind a mágneses merevlemezek előnyeivel. Az ultra rövid (femtoszekundumos) fényimpulzusok lehetővé teszik, hogy az adatok gyorsan és rendkívül energiatakarékos módon közvetlenül a mágneses memóriába íródjanak.
Sőt, ahogy az információ megírásra kerül (és tárolásra), előrefelé halad, így üres helyet hagy ki az új adatokkal kitöltendő memóriaterületek számára.
Ez a kutatás, melyet a Nature Communications ("A teljes optikai kapcsolás integrálása a spintronikával") című folyóiratban publikáltak, a jövőbeni fotonikus integrált áramkörökben az adatok tárolásának folyamatát forradalmasíthatja. (1)
Az adatokat a merevlemezek "bitek", kis északi és déli pólusú apró mágneses tartományok formájában tárolják. Ezeknek a pólusoknak az iránya ("mágnesezés") határozza meg, hogy a bitek a digitális 0-át vagy a 1-et tartalmazzák. Az adatok írása úgy történik, hogy a kapcsolt bitek mágnesezési iránya "átkapcsolásra" kerül.
Szintetikus ferromágnesek
Hagyományosan a kapcsolás akkor történik meg, amikor külső mágneses mezőt alkalmazunk, ami a pólusok irányát akár felfelé (1), akár lefelé (0) kényszeríti. Alternatív megoldásként a kapcsolást rövid (femtoszekundumos) lézerimpulzus alkalmazásával érhetjük el, amelyet teljes optikai kapcsolásnak nevezünk, és hatékonyabb és gyorsabb adattárolást eredményez.
Mark Lalieu, az Eindhoveni Műszaki Egyetem Alkalmazott Fizika Tanszékének kutatója a következőket mondta: "Az optikai átkapcsolás az adattárolás esetében körülbelül egy évtizede ismert. Amikor a teljes optikai kapcsolást először ferromágneses anyagokban figyelték meg - a mágneses memóriaeszközök legígéretesebb anyagai között - ez a kutatási terület nagy lendületet kapott. Azonban ezekben az anyagokban a mágnesezés váltása több lézerimpulzust igényel, és ily módon hosszú adat-írási időt."
Adatok tárolása ezerszer gyorsabban
Reinoud Lavrijsen és Bert Koopmans vezetésével Lalieu képes volt teljes optikai kapcsolást elérni a szintetikus ferromágnesekben - olyan anyagrendszerben, amely nagyon alkalmas spintronikus adatalkalmazásokra - egyetlen femtoszekundumos lézerimpulzust használva, ezzel kihasználva az adatírás nagy sebességét és csökkentve a energiafogyasztást.
Szóval, miben hasonlít az optikai átkapcsolás a modern mágneses tárolási technológiákhoz?
"A mágnesezési irány átkapcsolása az egyimpulzusos teljes optikai kapcsolással a pikoszekundum tartományában van, ami körülbelül 100-1000-szer gyorsabb, mint ami a mai technológiával lehetséges.Továbbá, mivel az optikai információ mágneses bitekben tárolódik anélkül, hogy szükség lenne energiaköltséges elektronikára, hatalmas potenciállal rendelkezik a fotonikus integrált áramkörökben való jövőbeli felhasználás esetében," - mondta Lalieu.
Ezen túlmenően Lalieu integrálta a teljes optikai kapcsolást az úgynevezett versenypálya memóriával - egy mágneses vezetékkel, amelyen keresztül az adatok mágneses bitek formájában hatékonyan szállíthatók elektromos árammal. Ebben a rendszerben a mágneses bitek folyamatosan írhatók fény segítségével, és azonnal szállíthatók a huzal mentén elektromos árammal, így a hely üresen marad a mágneses bitek számára, és így új adatok tárolhatók.
"Ez a 'repülés közbeni' információ másolás a fény és a mágneses versenypályák között közbenső elektronikus lépések nélkül olyan, mintha egy mozgó nagysebességű vonatról átugranánk egy másikra megállás nélkül. Így meg lehet érteni, hogyan érhető el a sebesség óriási növelése és az energiafogyasztás csökkentése," - mondta Koopmans.
Mi a következő lépés? Ezt a kutatást mikrometrikus vezetékeken végezték el. A jövőben a nanométeres skálán kisebb eszközöket kell kialakítani a chipek jobb integrálására. Ezen túlmenően, a fotonikus memóriaeszköz végső integrálása érdekében a Fizikai és Nanostruktúra csoport jelenleg is elfoglalt a mágneses adatok olvasására vonatkozó vizsgálattal, amely teljes optikai módon is elvégezhető. (2)
(1) - https://www.nature.com/articles/s41467-018-08062-4
(2) - https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/