Ученые разогнали чтение магнитных данных до триллионных долей секунды

Ученые Гельмгольц-Центра Дрезден-Россендорф (HZDR) и Дортмундского технического университета совершили прорыв в технологии чтения магнитных данных. Они применили ультракороткие импульсы терагерц-излучения вместо электрических сигналов, что позволило считывать магнитную ориентацию материалов за пикосекунды — триллионные доли секунды.

Современные жесткие диски могут хранить миллионы мегабайт информации благодаря крошечным магнитным структурам. Однако скорость передачи данных остается относительно низкой — несколько сотен мегабайт в секунду. Исследователи годами экспериментировали с короткими токовыми импульсами для увеличения скорости чтения, а достижения в области спинтроники намекали на возможность преодоления существующих ограничений.

Эксперименты проводились на образцах из двух сверхтонких слоев: нижний состоял из магнитного материала (кобальта или сплава железа с никелем), а верхний — из металлов вроде платины, тантала или вольфрама. Толщина слоев не превышала трех нанометров, что обеспечивало частичное проникновение терагерц-излучения. Терагерцевые импульсы генерировали кратковременные электрические токи в верхнем слое металла, при этом электроны упорядочивались согласно ориентации своего спина.

Ключевым в этом процессе стал эффект однонаправленного спин-холловского магнитосопротивления (USMR). На границе между слоями накапливались электроны с определенной спиновой ориентацией, и в зависимости от их выравнивания с магнитным направлением нижнего слоя изменялось электрическое сопротивление. Благодаря этому эффекту исследователи смогли считывать направление намагниченности с беспрецедентной скоростью.

Процесс воздействовал и на само терагерц-излучение. После прохождения через образец импульсы начинали колебаться на удвоенной частоте, что позволяло точно определять магнитное состояние материала. Ученые уже работают над методами не только считывания, но и записи магнитных данных с помощью терагерц-излучения.

Хотя до создания сверхбыстрых жестких дисков еще далеко, это фундаментальное открытие демонстрирует потенциал относительно простых материальных систем для разработки сверхскоростной магнитной памяти, передает Nature Communications.