الملخص:
من خلال إعادة تشكيل وتضييق شعاع الليزر فائق السرعة، حقق الباحثون في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو التبديل البصري في مادة مغناطيسية مكونة من تسع طبقات متناوبة من البلاتين والكوبالت، متجاوزين الحد المعتاد لسمك المادة الذي لا يزيد عن ثلاث طبقات في التجارب السابقة. ونشرت نتائج البحث في مجلة Nature Communications في 15 سبتمبر.
يتم تمثيل المعلومات الرقمية الموجودة في القرص الصلب بعدد كبير من المناطق المغناطيسية الصغيرة. تعتمد طرق الكتابة التقليدية عادة على المجالات المغناطيسية الخارجية لقلب حالة المناطق المغناطيسية، مما يستهلك طاقة عالية ويحد من سرعة كتابة البيانات. يقدر الباحثون أن التبديل البصري، الذي يستخدم نبضات ضوئية قصيرة للغاية وقابلة للتركيز لتغيير الحالات المغناطيسية، قد يكون أسرع بأكثر من ألف مرة من الطرق التي تعتمد على المجالات المغناطيسية الخارجية، ولكنه كان محدودًا في الماضي بسبب بنية المادة المغناطيسية وظروف استقطاب الضوء.
وجدت التجارب السابقة أنه عندما يتجاوز سمك المادة المغناطيسية ثلاث طبقات، سيتم قمع تأثير التبديل البصري، مما يحد من سمك المادة والقدرة على الحفاظ على البيانات لفترة طويلة؛ كما تطلبت الخطط المبكرة أيضًا أن يكون للضوء استقطاب محدد، أي أن اتجاه المجال الكهربائي يجب أن يستوفي شروطًا محددة. هذه المرة، حقق الفريق التبديل في هيكل البلاتين والكوبالت المكون من تسع طبقات من خلال تعديل شكل وحجم وتوزيع الطاقة للشعاع. وفي الوقت نفسه، لم يعد يتطلب استقطابًا محددًا، مما يدل على أن هندسة الشعاع لديها القدرة على اختراق القيود المفروضة على المواد والضوء.
يحدث انقلاب المغنطة تدريجيًا عبر نبضات ليزر متعددة. تركز النبضات الأولى ما يكفي من الحرارة في منطقة صغيرة لعكس الحالة المغناطيسية في تلك المنطقة؛ تعمل النبضات اللاحقة على توسيع المنطقة المقلوبة تدريجيًا حتى تستقر. ولذلك، فإن التحكم في مكان سقوط الطاقة الضوئية يساعد في تحديد كيفية تشكل المناطق الممغنطة وتوسعها. وقال فريق البحث إنه كلما كان الشعاع أصغر، زادت الفرصة لتحقيق تخزين بصري أصغر وأكثر كثافة في نفس المساحة في المستقبل.
تم الانتهاء من البحث من قبل الفريق البصري بالتعاون مع خبراء في المواد المغناطيسية ذات الأغشية الرقيقة. وقال عبد الله إنداو، كبير مؤلفي الورقة البحثية والأستاذ في قسم الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بالمدرسة، إن الفريق لم يعيد تصميم المادة المغناطيسية، ولكنه أعاد تصميم الضوء نفسه لمراقبة الخصائص التي لم يكن يعتقد أنها ممكنة من قبل. وقال المؤلف الأول، محمد وليد خالد، إن النتائج التجريبية كانت جديدة وغير عادية، وأمضى الفريق الكثير من الوقت في تكرار التجارب للتأكد من أن النتائج لم تكن عرضية.
يعمل الفريق حاليًا على هياكل بصرية يمكنها حصر الضوء في مساحات أصغر، بهدف تقليص الشعاع إلى مئات النانومترات لاستكشاف كيف يمكن للضوء الهندسي التحكم في المغناطيسية على نطاق أصغر. للاستخدام في أجهزة التخزين التجارية، يجب أيضًا حل مشكلة كيفية توليد النبضات وتوصيلها بشكل عملي. من الصعب حاليًا دمج الليزر فائق السرعة المتخصص المستخدم في التجربة في شريحة الكمبيوتر. هناك طريق آخر محتمل وهو العثور على مواد مغناطيسية يمكنها إنتاج تأثيرات مماثلة تحت تأثير أشعة الليزر التي يسهل دمجها.
التعليقات