Lampu Terahertz membuka era baru di chip memori yang lebih pintar dan lebih cepat
Ilmuwan dari Institut Max Planck untuk Struktur dan Dinamika Materi (MPSD) dan Mit telah mencapai prestasi inovatif-menciptakan keadaan magnet yang stabil dan tahan lama dalam bahan antiferromagnetik hanya menggunakan cahaya. Penemuan ini dapat menyebabkan kemajuan besar dalam teknologi chip memori dan pemrosesan informasi.
Dengan menggunakan a Terahertz Laser, yang berosilasi lebih dari satu triliun kali per detik, para peneliti dapat secara langsung menggairahkan atom material. Mereka dengan hati -hati menyetel frekuensi laser agar sesuai dengan getaran alami atom, memicu pergeseran ultrafast dalam struktur atom dan mendorong material ke dalam keadaan magnet baru. Temuan mereka, baru -baru ini diterbitkan di Alamsorot potensi cahaya untuk mengendalikan magnetisme dengan cara yang inovatif.
Terobosan dalam kontrol magnetik
Dalam magnet sehari -hari, seperti yang ada di lemari es Anda, atom -atom di dalam menyelaraskan momen magnetiknya ke arah yang sama, menciptakan medan magnet keseluruhan yang kuat. Bahan -bahan ini, yang dikenal sebagai ferromagnet, efektif tetapi dapat dengan mudah dipengaruhi oleh medan magnet eksternal.
Sebaliknya, antiferromagnet memiliki struktur yang berbeda-putaran atomnya bergantian dalam pola naik-turun, membatalkan satu sama lain dan tidak menghasilkan magnetisasi secara keseluruhan. Ini membuat mereka sangat tahan terhadap gangguan magnetik luar, yang dapat berguna untuk membangun chip memori yang lebih stabil dan tahan interferensi. Namun, tantangan besar telah menemukan cara yang dapat diandalkan untuk mengganti keadaan magnetik mereka untuk menjadikannya praktis untuk aplikasi dunia nyata.
Dalam studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Alampara peneliti di Max Planck Institute untuk struktur dan dinamika materi dan MIT menggunakan cahaya terahertz untuk mengontrol dan mengganti antiferromagnet menjadi keadaan magnet baru. Terobosan ini menunjukkan potensi bahan antiferromagnetik untuk chip memori masa depan yang dapat menyimpan dan memproses lebih banyak data, menggunakan lebih sedikit energi, dan mengambil lebih sedikit ruang.
“Secara umum, bahan antiferromagnetik seperti itu tidak mudah dikendalikan, tetapi sekarang kami telah menemukan beberapa tombol untuk menyetel dan mengubahnya,” kata Angel Rubio, direktur departemen teori di MPSD, dan Nuh Gedik, Profesor Fisika Donner di MIT, yang ikut memimpin penelitian ini.
Menyetel keadaan magnetik dengan cahaya
Tim bekerja dengan FEPS3bahan yang beralih ke fase antiferromagnetik pada sekitar 118 Kelvin (-115 ° C). Mereka berhipotesis bahwa keadaan magnetnya dapat dikendalikan dengan menyetel ke getaran atomnya, yang dikenal sebagai fonon. “Anda dapat membayangkan semua padatan sebagai satu set atom yang diatur secara berkala, dihubungkan oleh mata air kecil,” jelas Alexander von Hoegen, seorang peneliti postdoctoral dalam kelompok Gedik. “Jika Anda menarik satu atombergetar pada frekuensi karakteristik, biasanya dalam kisaran terahertz. “
Tim beralasan bahwa dengan menarik fonon -fonon ini dengan laser terahertz yang disetel ke frekuensi alami mereka, mereka dapat mendorong putaran atom keluar dari keselarasan mereka yang seimbang. Ketidakseimbangan ini akan menciptakan orientasi yang disukai, menggeser materi ke keadaan baru dengan magnetisasi terbatas.
“Idenya adalah bahwa Anda menggairahkan getaran terahertz atom, yang juga berpasangan dengan putaran,” kata Emil Viñas Boström, seorang peneliti postdoctoral dalam kelompok Rubio.
“Melihat perbedaan dalam sifat optik material memberi tahu kita bahwa itu bukan lagi antiferromagnet asli, dan bahwa kita mendorong keadaan magnet baru, pada dasarnya dengan menggunakan cahaya terahertz untuk mengguncang atom,” tambah Batyr Ilyas, seorang mahasiswa pascasarjana dalam kelompok Gedik.
Umur panjang dari keadaan magnet baru
Eksperimen berulang menunjukkan bahwa pulsa terahertz dapat berhasil mengubah antiferromagnet ke keadaan magnet baru ini. Negara ini bertahan selama beberapa milidetik setelah laser dimatikan. Untuk memahami mekanisme di balik magnetisasi berumur panjang ini, para peneliti mengembangkan model yang menggambarkan interaksi antara putaran dan fonon. Mereka mengidentifikasi mode fonon spesifik – pola osilasi dalam kisi kristal – yang memediasi kopling antara keadaan antiferromagnetik dan feromagnetik material.
“Ini adalah situasi yang sangat tidak biasa di mana perubahan dalam fluktuasi magnetik mengarah pada jenis tatanan magnetik baru,” kata Rubio. “Biasanya, fluktuasi menghancurkan urutan magnetik, tetapi di sini mereka memiliki efek konstruktif.”
Simulasi mengungkapkan bahwa masa pakai magnetisasi yang diinduksi, di dekat suhu transisi, ditentukan oleh dinamika lambat dari urutan antiferromagnetik, sebuah fenomena yang dikenal sebagai pelambatan kritis. “Dekat dengan suhu pemesanan, rasanya seperti waktu melambat di dalam antiferromagnet, dan putaran mulai bergerak sangat lambat,” kata Viñas Boström. Fonon bertindak sebagai “lem,” menggabungkan magnetisasi ke fluktuasi antiferromagnetik dan memperlambat relaksasi magnetisasi.
Seumur hidup yang diperluas ini menyediakan jendela bagi para ilmuwan untuk mempelajari keadaan magnet sementara sebelum kembali ke antiferromagnetisme. Memahami dinamika ini dapat membuka jalur baru untuk mengendalikan antiferromagnet dan mengoptimalkan penggunaannya dalam teknologi penyimpanan memori generasi berikutnya.
Untuk lebih lanjut tentang penelitian ini, lihat para ilmuwan baru saja membuat magnet material menggunakan cahaya.
Referensi: “Magnetisasi metastabil yang diinduksi lapangan Terahertz dekat kekritisan di FEPS3”Oleh Batyr Ilyas, Tianchuang Luo, Alexander von Hoegen, Emil Viñas Boström, Zhuquan Zhang, Taman Jaena, Junghyun Kim, Je-Geun Park, Keith A. Nelson, Angel Rubio dan Nuh Gedik, 18 Desember 2024, Alam.
Doi: 10.1038/s41586-024-08226-x
