Współczesne dyski HAMR (Heat-Assisted Magnetic Recording) wykorzystują nawet maleńkie lasery, ale ciągle tylko po to, żeby na moment rozgrzać materiał i ułatwić klasycznej głowicy zmianę jego magnetyzacji. Światło pełni tam więc rolę pomocnika. Mam jednak wrażenie, że znacznie ciekawsza wizja zaczyna się w chwili, gdy wyrzucimy z tego równania pole magnetyczne całkowicie.
Magnetyczny bit można przełączyć bez pola magnetycznego
Wspomniani naukowcy wykorzystali ultrakrótkie impulsy laserowe do bezpośredniej zmiany magnetyzacji materiału. Mówimy więc o optycznym przełączaniu stanu magnetycznego bez przykładania zewnętrznego pola magnetycznego. Sama koncepcja nie narodziła się oczywiście w 2026 roku, ale nowe badanie rozwiązuje kilka problemów, które wcześniej mocno ograniczały jej użyteczność.
Czytaj też: Robot zniknął bez śladu pod lodem Antarktydy. Wcześniej odkrył tam nieznane struktury
Zespół nie zaprojektował od podstaw jakiegoś nowego materiału, który działa wyłącznie w laboratoryjnych warunkach. Zamiast tego przeprojektował światło padające na materiał. Odpowiednio ukształtowana, skupiona wiązka pozwoliła badaczom sterować lokalnym nagrzewaniem oraz oddziaływaniami optycznymi w strukturze składającej się z naprzemiennych warstw platyny i kobaltu.
Wcześniejsze eksperymenty miały pod tym względem poważne ograniczenie, bo np. zwiększanie grubości struktury ponad trzy warstwy potrafiło tłumić efekt optycznego przełączania, a dodatkowo trzeba było odpowiednio kontrolować polaryzację światła. Tym razem udało się przeprowadzić proces w materiale złożonym z dziewięciu naprzemiennych warstw Pt/Co i jednocześnie osiągnąć przełączanie niewymagające konkretnej polaryzacji światła.
Ponad 1000 razy szybciej? W teorii tak, ale…
Według naukowców optyczne przełączanie może być ponad 1000 razy szybsze od metod wykorzystujących zewnętrzne pola magnetyczne. Łatwo byłoby więc napisać, że oto powstała pamięć tysiąc razy szybsza od współczesnych dysków i następnie zacierać ręce na rychły koniec SSD. Tyle że byłaby to bzdura. Wspomniane “1000 razy” dotyczy samego procesu zmiany stanu magnetycznego. Nie prędkości zapisu gotowego dysku, kopiowania pliku czy transferu danych między kontrolerem a nośnikiem.
Między błyskawicznym przełączeniem pojedynczego obszaru magnetycznego a pamięcią, którą można wlutować w płytę główną lub zamknąć w obudowie dysku, znajduje się ogrom dodatkowej inżynierii. Nie zmienia to jednak faktu, że potencjał jest ogromny. Światło może dostarczyć energię w bardzo krótkim czasie i skupić ją na niewielkim obszarze, a w przypadku pamięci wielkość tego obszaru ma bezpośrednie znaczenie. Im mniejszy fragment materiału potrafimy niezależnie kontrolować, tym gęściej potencjalnie możemy upakować wszystkie informacje.
Czytaj też: Ze światła zrobili maszynę kwantową. Ma wielką przewagę nad konkurencją
Mechanizm zastosowany przez zespół nie sprowadza się przy tym do jednego impulsu. Pierwsze ultrakrótkie błyski podgrzewają maleńki region i inicjują powstanie obszaru o odwróconej magnetyzacji. Następne impulsy stopniowo go rozszerzają, aż zmieniony stan staje się stabilny. Innymi słowy, laser nie jest tutaj odpowiednikiem niezwykle szybkiego magnetycznego długopisu. Jest narzędziem, którym naukowcy manipulują fizyką materiału w skali mikro- i nanometrycznej.
Laser w dysku nie jest nowością. Nowe jest to, co zaczęło robić światło
Warto tutaj uważać z opowieścią o całkowicie nowej erze, bo laser już dziś pomaga zapisywać dane magnetycznie. Seagate wykorzystuje technologię HAMR, w której niewielka dioda laserowa chwilowo podgrzewa fragment powierzchni talerza. Dzięki temu można zastosować materiał o większej stabilności termicznej, upakować bity ciaśniej, a następnie ułatwić głowicy magnetycznej zmianę ich stanu. Cały proces podgrzewania, zapisu i chłodzenia może trwać mniej niż nanosekundę.
Różnica jest fundamentalna. W HAMR światło przygotowuje bit do magnetycznego zapisu. W nowym eksperymencie światło samo prowadzi do zmiany magnetyzacji bez zewnętrznego pola magnetycznego i dla mnie właśnie to jest najciekawszym elementem badania. Nie dlatego, że nagle zagrożone są wszystkie SSD, pamięci NAND czy moduły RAM, bo w praktyce nie są, jako że przechowują informacje na zupełnie innych zasadach. Osiągnięcie uderza przede wszystkim w jedno z podstawowych założeń magnetycznego przechowywania informacji. Być może w przyszłości do sterowania magnetycznym bitem zwyczajnie nie będziemy potrzebowali pola magnetycznego.
Światło coraz częściej przestaje tylko przenosić informacje
Eksperyment wymagał specjalistycznego lasera generującego ultrakrótkie impulsy, którego obecnie nie da się po prostu dołożyć do kontrolera pamięci i zamknąć w typowym układzie scalonym. Naukowcy wskazują zresztą integrację z elektroniką jako jedną z największych przeszkód. Zespół chce teraz jeszcze bardziej zmniejszyć obszar oddziaływania światła, bo potencjalnie do kilkuset nanometrów, a do tego opracować struktury optyczne zdolne do zamykania energii w jeszcze mniejszej przestrzeni. Alternatywnym kierunkiem jest znalezienie materiałów, w których podobny efekt da się uzyskać za pomocą źródeł światła łatwiejszych do integracji z chipami.
Czytaj też: Nowy perowskit przesunął dotychczasowe granice. Genialne osiągnięcie w zakresie izolacji cieplnej
Cała historia pasuje zresztą do trendu, który przewija się przez badania nad elektroniką coraz częściej. Niedawno światło zaczęło zachowywać się jak pamięć, a w innych eksperymentach fotony zaczęły łączyć ze sobą układy scalone zamiast klasycznych połączeń elektrycznych. Nie wygląda to jeszcze jak nagła śmierć elektroniki. Bardziej jak powolne rozmywanie granicy między elektroniką, fotoniką i magnetyzmem.
Źródła: Nature Communications, University of California San Diego, Seagate
