通過(guò)一定強(qiáng)度的短脈沖可以在摻雜了鈷離子的釔鐵石榴石的磁性層上記錄數(shù)據(jù)。據(jù)開發(fā)商介紹，這種新穎的光學(xué)存儲(chǔ)機(jī)制有可能成為一種通用的、節(jié)能型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，并替代現(xiàn)有的存儲(chǔ)技術(shù)，這源于該技術(shù)能夠完成超低熱度的快速磁盤讀寫過(guò)程，應(yīng)用前景廣闊。

該方法由荷蘭內(nèi)梅亨大學(xué)和波蘭比亞韋斯托克大學(xué)共同研發(fā)，技術(shù)成果近日刊登在《自然》雜志上。

成本低廉、低熱耗的數(shù)據(jù)記錄方法將對(duì)21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生至關(guān)重要的影響

研究人員表示，正如石油對(duì)于20世紀(jì)的作用，可靠、低成本、快速的數(shù)據(jù)記錄技術(shù)對(duì)于21世紀(jì)的經(jīng)濟(jì)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。隨著云存儲(chǔ)需求的急劇增加，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的溫度會(huì)持續(xù)走高，但磁記錄在這方面表現(xiàn)相對(duì)優(yōu)異。

目前數(shù)據(jù)記錄方法的缺陷之一就是需要大量的能量來(lái)冷卻處理器。最近的磁記錄創(chuàng)新技術(shù)——熱輔助磁記錄方法并不能解決這個(gè)問(wèn)題。相反，它利用激光脈沖的熱量來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。因此，不產(chǎn)生熱量且不需要電磁體的超快磁記錄是當(dāng)前磁應(yīng)用技術(shù)以及基礎(chǔ)研究的重中之重。

來(lái)自內(nèi)梅亨大學(xué)的研究人員研究通過(guò)光脈沖來(lái)操控磁體實(shí)現(xiàn)記錄的方法已有十余年。2007年Theo Rasing教授和他的同事在Physical Review Letters雜志上發(fā)表了他們的第一個(gè)成果。他們最初的研究成果表明，磁性記錄的機(jī)制依賴于激光誘導(dǎo)加熱，當(dāng)其溫度達(dá)到并高于所謂的居里溫度的臨界溫度時(shí)，磁順序被永久破壞。

為了解決加熱問(wèn)題，需要利用具有低光吸收效應(yīng)的介質(zhì)。對(duì)于具有大量自由電子的金屬來(lái)說(shuō)，光的吸收效應(yīng)及其帶來(lái)的加熱效應(yīng)是不可避免的。為了減少熱效應(yīng)，必須使用介電材料。在最新的研究中，科學(xué)家選擇使用釔鐵石榴石(YIG)，它被認(rèn)為是“磁性電解質(zhì)模型”。單純使用YIG是不可能實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息記錄的，為了增加其對(duì)激光激發(fā)的靈敏度，科學(xué)家利用鈷離子對(duì)其進(jìn)行摻雜。

飛秒激光技術(shù)

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在摻鈷釔鐵石榴石膜中，在飛秒激光脈沖的激發(fā)下單個(gè)線性偏振因子會(huì)在不同的自旋狀態(tài)下進(jìn)行轉(zhuǎn)換。物理學(xué)家Alexey Kimel解釋說(shuō)：“通過(guò)改變激光脈沖的極化強(qiáng)度，我們可以控制石榴石中的凈磁化強(qiáng)度，從而可以實(shí)現(xiàn)1或0的寫入。這種方法優(yōu)于目前的替代方案，而且可以在極低熱負(fù)荷的情況下以低于20ps的速度進(jìn)行磁讀寫事件。”

Kimel解釋說(shuō)，使用摻鈷釔鐵石榴石的磁性介質(zhì)存儲(chǔ)設(shè)備應(yīng)該不會(huì)應(yīng)用在個(gè)人計(jì)算機(jī)上。 “金屬與石榴石晶體之間的技術(shù)差距太大了，但是對(duì)于擁有大型數(shù)據(jù)庫(kù)的谷歌以及Facebook來(lái)說(shuō)，這倒是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。”

“另外一個(gè)可行的實(shí)現(xiàn)方案是在非常低的溫度下進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄。超導(dǎo)電子和量子計(jì)算機(jī)就缺少可以在10開氏度(-263攝氏度)下的快速存儲(chǔ)系統(tǒng)。截止到目前，這仍然是超級(jí)計(jì)算的一個(gè)嚴(yán)重的技術(shù)瓶頸。”

潛在影響

日前，optics.org采訪了Alexey Kimel教授，他介紹了這種室溫下的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)如何影響商業(yè)數(shù)據(jù)記錄與存儲(chǔ)市場(chǎng)。“在過(guò)去十年中，磁性工業(yè)一直致力于推廣和實(shí)現(xiàn)熱輔助磁記錄(HAMR)的概念。要實(shí)現(xiàn)單個(gè)數(shù)據(jù)位的改變，需要來(lái)自電磁體的磁場(chǎng)和激光器光場(chǎng)的共同作用。其中后者則用于數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)域的加熱。HAMR技術(shù)有望在2018年進(jìn)入市場(chǎng)。但是2018年之后，這種概念的存儲(chǔ)技術(shù)將會(huì)如何發(fā)展仍是個(gè)未知數(shù)。”

“通過(guò)我們的研究，發(fā)現(xiàn)光能以超快的速度進(jìn)行信息的記錄，而且不需要磁性介質(zhì)，也幾乎不需要加熱。在現(xiàn)有技術(shù)中，MRAM器件中數(shù)據(jù)記錄中產(chǎn)生的熱量約為每位100毫微微。對(duì)于相同大小區(qū)域的數(shù)據(jù)記錄，采用我們的方法，相同記錄事件熱量耗散將會(huì)降低有1000倍。”

根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)介紹，在過(guò)去十年，全世界服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心就消耗了61億千瓦時(shí)的電量(數(shù)據(jù)來(lái)源于EPA向國(guó)會(huì)提交的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心能源效率報(bào)告)。這大約占美國(guó)總年度電力消費(fèi)的1.5%，達(dá)到45億美元，而且這一數(shù)字以每年7%的速度進(jìn)行增長(zhǎng)。Kimel表示：“我們的數(shù)據(jù)記錄方法，可以極大地改善這個(gè)問(wèn)題。”

被問(wèn)及該項(xiàng)目是否有商業(yè)伙伴的財(cái)務(wù)支持以及后續(xù)的產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，Kimel表示： “就在一年前，我們也不相信這種超快的磁記錄方法竟然幾乎不產(chǎn)生熱量。所以之前的幾次項(xiàng)目資金申請(qǐng)都被拒絕了。但是如今我們已經(jīng)證實(shí)了方法的正確性。之后我們將會(huì)以積極地態(tài)度面對(duì)商業(yè)化問(wèn)題。”

本文轉(zhuǎn)自d1net（轉(zhuǎn)載）

總結(jié)

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