Svjetlost koja upisuje podatke bez magneta

U jednoj od optičkih laboratorija na Kalifornijskom univerzitetu u San Diegu, tanki uzorak metala stoji stegnut između dvije sonde.

Kroz niz leća do njega dolazi snop laserske svjetlosti čiji impulsi traju samo 120 femtosekundi, s valnom dužinom od 800 nanometara i brzinom od hiljadu impulsa u sekundi.

Kada zraka pogodi uzorak, dio metala promijeni magnetni smjer. U blizini nema nikakvog magneta, samo svjetlost.

U tvrdim diskovima i sličnim uređajima za pohranu, informacija se čuva kao niz sitnih magnetnih područja okrenutih u jednom od dva smjera.

Kako bi se upisala nova vrijednost, taj se smjer mora promijeniti, a to se do sada radilo vanjskim magnetnim poljem, pristupom koji troši energiju i ograničava brzinu pisanja.

Inženjeri s Kalifornijskog univerziteta u San Diegu (UC San Diego), čiji su nalazi objavljeni u časopisu Nature Communications, pokazali su drugačiji put: magnetni smjer se može promijeniti isključivo svjetlošću, pojava koju struka zove optičko prebacivanje.

Tri sloja su donedavno bila fizička granica

Ideja da se magnetizacija može okretati pomoću svjetlosti postoji već dvadesetak godina, ali su istraživači dosad ovisnost o helicitetu svjetlosti, odnosno smjeru njene polarizacije, uglavnom pokušavali zaobići izborom posebnih sastava materijala, a ne oblikovanjem samog laserskog snopa.

U samostalnim slojevima platine i kobalta, raniji eksperimenti pouzdano su pokazivali obrtanje magnetizacije samo do tri para slojeva.

S dodavanjem novih slojeva, ravnotežne magnetne domene postajale su sve manje, dok je lasersko zagrijavanje umjesto jednog jasno obrnutog područja stvaralo složene obrasce s više domena.

Umjesto novog materijala, promijenili su oblik svjetlosti

Tim koji vode profesor Abdoulaye Ndao i doktorand Muhammad Waleed Khalid nije tražio novi materijal.

Surađujući s Ericom Fullertonom, stručnjakom za tanke magnetne slojeve na istom univerzitetu, oblikovali su snop svjetlosti u takozvanu vektorsku zraku, čija se polarizacija mijenja duž presjeka zrake. Zatim su je fokusirali pomoću mikroskopskih objektiva velikog numeričkog otvora.

Na taj način su stvarnu tačku fokusa smanjili s oko 1,92 na 0,96 mikrometara.

Ndao napominje da manji snop svjetlosti znači i gušću optičku memoriju, jer se više podataka može smjestiti u isti prostor.

Kada su tačku fokusa u sloju od tri para platine i kobalta smanjili na manje od približno 1,36 mikrometara, prebacivanje više nije ovisilo o helicitetu svjetlosti.

Tim taj obrat objašnjava kombinacijom snažnog lokalnog zagrijavanja i magnetnih polja iz okolnog, nezagrijanog dijela filma, koja stabiliziraju sve manju obrnutu oblast.

Khalid opisuje da su oblikovanjem svjetlosti promijenili fiziku koja se odvija u materijalu na mikroskali i nanoskali.

Deblji slojevi su izdržali, do određene granice

Tim je proširio testove na uzorke s jednim do deset ponovljenih parova platine i kobalta.

Kod četiri para, prebacivanje neovisno o helicitetu pojavilo se pri svakoj testiranoj veličini fokusa, a pouzdano obrtanje je, uz fokusiranje blizu granice valne dužine svjetlosti, ostalo moguće sve do devet parova, čime je ranije ograničenje od samo tri para prevaziđeno.

Deblji magnetni slojevi bolje čuvaju zapis tokom vremena, pa ovaj rezultat ima praktičnu težinu.

Iznad devet parova, materijal je počeo formirati prugaste domene koje su spriječile ravnomjerno obrtanje.

Ndao objašnjava da tim nije osmislio novi materijal koji bi omogućio optičko prebacivanje, već je promijenio način na koji oblikuje svjetlost, otkrivajući mogućnosti koje ranije nisu bile poznate.

Laboratorijski rezultat, ne uređaj koji već piše podatke

Autori procjenjuju da bi optičko prebacivanje jednog dana moglo biti više od hiljadu puta brže od metoda koje ovise o vanjskom magnetnom polju, ali ta brzina ostaje procjena, a ne rezultat ovog eksperimenta.

Ono što je tim zapravo pokazao jeste kontrolirano prebacivanje magnetizacije, koje su pratili Faradayevim mikroskopom nakon niza uzastopnih impulsa, a ne rad gotovog memorijskog čipa koji upisuje pojedinačne bitove.

Laserski sistem koji su koristili, zajedno s pratećom optikom, ne može se jednostavno ugraditi u elektroniku kakvu danas koriste diskovi.

Tim sada pokušava fokusirati laserski snop na svega nekoliko stotina nanometara i traži materijale koji bi mogli raditi s praktičnijim laserima, pogodnijim za ugradnju u elektroniku.

Khalid kaže da je jedan od najvećih izazova bio skepticizam drugih istraživača.

Efekti koje su vidjeli bili su toliko novi i neobični da su neki u toj oblasti sumnjali da je riječ samo o slučajnom, jednokratnom rezultatu.

Zato je tim mnogo puta ponavljao i provjeravao eksperimente kako bi se uvjerio da je rezultat pouzdan.