Физика

Управляемый светом компьютер будет работать в миллион раз быстрее нынешних

CMOS

Оксиды металлов обмениваются электронами и меняют свое магнитное состояние под действием оптического излучения, что позволяет управлять магнитными свойствами вещества при помощи света. Результаты исследования, которые значительно ускорят передачу информации между процессором и оперативной памятью электронных устройств, опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Переключение намагниченности в магнитном поле — главный принцип современного хранения данных. Развитие беспроводных технологий и спрос на облачные системы увеличивают потребность в быстрой записи информации. Для повышения быстродействия современных вычислительных устройств используется, например, возбуждение светом магнитных колебаний в оксидах железа. Однако физический механизм изменения обменного взаимодействия при возбуждении вещества светом оставался загадкой до последнего времени. Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Санкт-Петербурга, Великобритании и Нидерландов разработали теорию обменного взаимодействия оптически возбужденных магнитных ионов и выяснили, что происходит с электронами при воздействии на кристаллы окислов железа лазерным излучением.

Исследователи рассмотрели электронный обмен в кристаллах ферробората, состоящих из железа, кислорода и бора. В ходе экспериментов они установили, что обменное взаимодействие электронов изменяется в кристалле после облучения интенсивными очень короткими световыми импульсами. Физики также отметили, что именно лазерный импульс активирует переносы зарядов, тем самым изменяя обменную связь между соседними ионами железа в кристаллической решетке. Согласно предложенной учеными теории, если один ион железа возбуждается светом с определенной частотой, а соседний остается невозбужденным, то взаимодействие становится ферромагнитным.

Arrows-left
Arrows-right
Reload
1 / 4

Образцы кристаллов ферробората и ортоферрита эрбия

Фото: Институт физики им. Л. В. Киренского

Исследователи подтвердили это на другом кристалле — ортоферрите эрбия, состоящем из атомов железа, кислорода и эрбия. Важно, что после поглощения частицы света одним из двух ионов металла и изменения намагниченности их магнитные моменты становятся почти параллельными. До этого в магнетизме учитывалось только обменное взаимодействие ионов в невозбужденном состоянии. Это открытие демонстрирует альтернативу используемой в настоящее время теории сверхбыстрых взаимодействий света с электронными магнитными моментами.

«Управление обменным взаимодействием с помощью субпикосекундных лазерных импульсов является очень привлекательным подходом для поиска нового сценария максимально быстрого управления магнетизмом. Этот эффект позволит ускорить работу компьютера за счет оптического управления процессами записи и считывания. Многим хочется, чтобы компьютеры работали быстрее. В XXI веке стала интенсивно развиваться фемтосекундная магнитооптика, которая продемонстрировала возможность управлять магнитными свойствами вещества за времена порядка одной фемтосекунды, что означает возможность ускорения записи и считывания информации по сравнению с нынешней техникой в миллион раз!» — рассказывает один из авторов исследования Сергей Овчинников.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.