Устройства фотонной памяти следующего поколения «написаны светом», сверхбыстрые и энергоэффективные.
Свет — самый энергоэффективный способ перемещения информации. Тем не менее, свет показывает одно большое ограничение: его трудно хранить. Фактически, центры обработки данных полагаются главным образом на магнитные жесткие диски. Однако на этих жестких дисках информация передается с затратами энергии, которые в настоящее время растут. Исследователи из Института фотонной интеграции Эйндховенского технического университета (TU / e) разработали «гибридную технологию», которая демонстрирует преимущества как легких, так и магнитных жестких дисков.
Сверхкороткие (фемтосекундные) световые импульсы позволяют напрямую записывать данные в магнитную память быстрым и высокоэффективным способом. Более того, как только информация записывается (и сохраняется), она перемещается вперед, оставляя место для пустых областей памяти, которые будут заполнены новыми данными. Это исследование, опубликованное в Nature Communications , обещает революционизировать процесс хранения данных в будущих фотонных интегральных схемах.
Данные хранятся на жестких дисках в виде «битов», крошечных магнитных доменов с северным и южным полюсами. Направление этих полюсов («намагниченность») определяет, содержат ли биты цифровой 0 или 1. Запись данных достигается путем «переключения» направления намагниченности связанных битов.
Синтетические ферримагнетики
Обычно переключение происходит, когда прикладывается внешнее магнитное поле , которое будет направлять направление полюсов вверх (1) или вниз (0). Альтернативно, переключение может быть достигнуто посредством применения короткого (фемтосекундного) лазерного импульса, который называется полностью оптическим переключением, и приводит к более эффективному и гораздо более быстрому хранению данных.
Марк Лальё, к.т.н. Кандидат на факультет прикладной физики TU / e: «Полностью оптическое переключение для хранения данных известно около десятилетия. Когда полностью оптическое переключение впервые наблюдалось в ферромагнитных материалах — среди самых многообещающих материалов для устройств с магнитной памятью — эта область исследований получила большой импульс ». Однако переключение намагниченности в этих материалах требует многократных лазерных импульсов и, следовательно, длительного времени записи данных.
Хранение данных в тысячу раз быстрее
Лалиу под руководством Рейно Лаврийсен и Берт Купманс смог добиться полностью оптического переключения в синтетических ферримагнетиках — материальной системе, отлично подходящей для применения в спинтронных данных — с использованием одиночных фемтосекундных лазерных импульсов, что позволило использовать высокую скорость записи данных и уменьшить энергопотребление.
Так как же полностью оптическое переключение по сравнению с современными магнитными технологиями хранения? Лалье: «Переключение направления намагничивания с помощью одноимпульсного полностью оптического переключения происходит в порядке пикосекунд, что примерно в 100-1000 раз быстрее, чем это возможно с современной технологией. Более того, поскольку оптическая информация сохраняется в магнитных битах без необходимости использования дорогостоящей электроники он обладает огромным потенциалом для будущего использования в фотонных интегральных схемах ».
Запись данных «на лету»
Кроме того, Lalieu интегрировал полностью оптическое переключение с так называемой памятью беговой дорожки — магнитным проводом, по которому данные в форме магнитных бит эффективно передаются с использованием электрического тока. В этой системе магнитные биты непрерывно записываются с использованием света и сразу же транспортируются по проводу электрическим током, оставляя место для пустых магнитных битов и, таким образом, новых данных для хранения.
Купманс: «Это« на лету »копирование информации между световыми и магнитными гоночными трассами без каких-либо промежуточных электронных шагов, это все равно, что выпрыгивать из движущегося высокоскоростного поезда в другой. Из« фотонной Талис »в« магнитный ЛЕД » ‘, без каких-либо промежуточных остановок. Вы поймете огромное увеличение скорости и снижение потребления энергии, которое может быть достигнуто таким образом «.
Это исследование было выполнено на микрометрических проводах. В будущем устройства меньшего размера в нанометровом масштабе должны быть разработаны для лучшей интеграции в микросхемы. Кроме того, работая над окончательной интеграцией устройства фотонной памяти, группа «Физика наноструктур» в настоящее время также занимается исследованием считывания (магнитных) данных, которое также может быть выполнено полностью оптически.
