Новый класс магнитных материалов повысит энергоэффективность технологий

Международная группа ученых во главе с физиками из Университета Йорка проложила путь для нового класса магнитных материалов и устройств с улучшенными характеристиками и энергетической эффективностью.

Магнитные материалы в настоящее время используется для хранения почти всей цифровой информации. Однако обработка и хранение данных сегодня составляют значительную часть мирового потребления энергии, а повышение энергоэффективности потребует новых технологий и материалов.

Перспективным направлением является полностью оптическое термически индуцированное магнитное переключение (thermally induced magnetic switching, TIMS), которое использует сверхбыстрые лазерные импульсы для изменения магнитного состояния материала, что эквивалентно записи одного бита данных. При полностью оптическом переключении нет необходимости использовать магнитное поле для записи данных. Таким образом можно значительно снизить потребление энергии. Кроме того, расход энергии лазера на бит записи намного меньше.

Как было показано до настоящего времени, только редкоземельные сплавы переходных металлов, называемые ферримагнетиками, обладают полностью оптическим переключением. Однако эти материалы трудно получать на наноуровне, необходимом для технологических устройств, и дорого из-за использования редкоземельных металлов, таких как гадолиний (Gd) и тербий (Tb).

Теперь новое исследование, выполненное во главе с Департаментом физики Йорка и с участием ученых из Центра Гельмгольца, Берлин (HZB), и университета Неймегена, Нидерланды, предоставляет новую возможность для полностью оптического переключения.

Исследование демонстрирует использование синтетического ферримагнетика – сэндвича из двух ферромагнитных материалов и немагнитного разделяющего слоя. Разделяющий слой между двумя ферромагнетиками обеспечивает связь таким образом, что их магнитные поля компенсируются. При воздействии сверхбыстрого лазерного импульса эта структура спонтанно изменяет свое магнитное состояние, что соответствует записи одного бита данных.

Д-р Ричард Эванс (Richard Evans) из Департамента физики Йорка отметил: «Синтетическая структура ферримагнетика преодолевает внутренние проблемы сплавов редкоземельных переходных металлов и прокладывает путь для нового класса магнитных материалов и устройств с улучшенными характеристиками и энергетической эффективностью. Полученные результаты являются важным шагом на пути к реализации устройства на основе термоиндуцированного переключения, поскольку, как это показано, могут быть использованы структуры на нанометровом масштабе длины».