현대 생활은 데이터를 중심으로 진행됩니다. 즉, 저장 장치에서 데이터를 읽고 쓰는 새롭고 빠르고 에너지 절약적인 방법이 필요합니다. 자성체 AOS (All-optical Switching) 기술의 발전과 함께, 데이터를 쓰기 위해 자석 대신 레이저 펄스를 사용하는 광학적 방법은 지난 10 년 동안 상당한 주목을 받았습니다. 빠르고 에너지 효율적이지만 AOS 기술은 정확성에 문제가 있습니다. 네덜란드의 Eindhoven University of Technology의 연구원들은 레이저 펄스를 사용하여 코발트-가돌리늄 (Co / Gd) 층에 데이터를 정확하게 기록하기 위해 강자성 물질을 참조로 사용하는 새로운 방법을 발명했습니다. 그들의 연구는 Nature Communications에 게재되었습니다.
하드 드라이브 및 기타 장치의 자성 물질은 데이터를 컴퓨터 비트 형태로 저장합니다. 전통적으로 데이터는 재료에 작은 자석을 움직여서 하드 디스크에 읽거나 씁니다. 그러나 데이터 생산, 소비, 액세스 및 저장에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 데이터를 액세스, 저장 및 기록하는 더 빠르고 에너지 효율적인 방법에 대한 상당한 요구가 있습니다.
자성 물질의 전광 스위칭 (AOS)은 속도와 에너지 효율성 측면에서 유망한 방법입니다. 전광 스위치는 펨토초 레이저 펄스를 사용하여 피코 초 스케일에서 자기 스핀의 방향을 변경합니다. 데이터 쓰기에는 두 가지 메커니즘, 즉 다중 펄스 및 단일 펄스 토글 스위치를 사용할 수 있습니다. 다중 펄스 스위치에서 스핀의 최종 방향은 결정적이므로 빛의 편광에 의해 미리 결정될 수 있습니다. 그러나이 메커니즘에는 일반적으로 여러 개의 레이저가 필요하므로 쓰기 속도와 효율성이 떨어집니다.
반면에 단일 펄스 쓰기 속도는 훨씬 빠르지 만 단일 펄스 전광 스위치에 대한 연구는 단일 펄스 스위칭이 슬라이딩 프로세스임을 보여줍니다. 즉, 특정 자기 비트의 상태를 변경하려면 비트에 대한 사전 지식이 필요합니다. 즉, BIT의 상태는 덮어 쓰기 전에 읽어야하므로 쓰기 프로세스에 읽기 단계가 도입되어 속도가 제한됩니다.
더 나은 방법은 결정 론적 단일 펄스 전광 스위칭 방법입니다. 여기서 비트의 최종 방향은 비트를 설정하고 재설정하는 데 사용되는 프로세스에만 의존합니다. 현재, Eindhoven University of Technology의 응용 물리학과의 Nanostructure Group 연구원은 자기 저장 재료에서 결정 론적 단일 펄스 쓰기를 달성하여 쓰기 프로세스를 더 정확하게 만드는 새로운 방법을 개발했습니다.
사진 출처 : Eindhoven University of Technology
그들의 실험에서 Eindhoven University of Technology의 연구자들은 3 개의 층, 즉 코발트와 니켈로 만들어진 강자성 기준층으로 구성된 쓰기 시스템을 설계했습니다. 이것은 자유 층의 자유 층을 돕거나 방지합니다. 회전 스위치, 전도성 구리 (Cu) 스페이서 층 또는 갭 층 및 광학적으로 전환 가능한 Co / Gd 자유 층. 복합 층의 두께는 15nm 미만입니다.
펨토초 레이저에 의해 여기되면 기준 층은 1 피코 초 미만으로 자기를 제거합니다. 참조 레이어의 스핀과 관련된 손실 된 각운동량 중 일부는 전자가 전달하는 스핀 전류로 변환됩니다. 전류의 스핀은 참조 레이어의 스핀과 같은 방향입니다.
이 스핀 전류는 참조 레이어에서 구리 스페이서 레이어 (그림의 흰색 화살표)를 통해 자유 레이어로 이동하여 자유 레이어에서 스핀 전환을 돕거나 방지 할 수 있습니다. 이것은 참조 레이어와 자유 레이어의 상대적인 스핀 방향에 따라 다릅니다.
레이저 에너지를 변경하면 두 가지 상태가 발생합니다. 첫째, 임계 값 이상에서 자유 레이어의 최종 스핀 방향은 참조 레이어에 의해 완전히 결정됩니다. 둘째, 더 높은 임계 값 이상에서 스위칭이 관찰됩니다. 연구자들은이 두 가지 메커니즘을 사용하여 쓰기 과정에서 초기 상태를 고려하지 않고 자유 레이어의 스핀 상태를 정확하게 기록 할 수 있음을 보여주었습니다. 이 발견은 미래의 데이터 저장 장치 확장을위한 중요한 발전을 제공합니다.