Commutation ll-optique. Les données sont stockées sous forme de « bits », qui contient numérique 0 (pôles nord vers le bas) ou 1 (pôles nord vers le haut). L'écriture des données est réalisée en « commutant » la direction des pôles via l'application d'impulsions laser courtes (en rouge). Crédit :Université de technologie d'Eindhoven
La lumière est le moyen le plus économe en énergie de déplacer l'information. Encore, la lumière montre une grande limitation :elle est difficile à stocker. En réalité, les centres de données reposent principalement sur des disques durs magnétiques. Cependant, dans ces disques durs, l'information est transférée à un coût énergétique qui explose aujourd'hui. Des chercheurs de l'Institut d'intégration photonique de l'Université de technologie d'Eindhoven (TU/e) ont développé une « technologie hybride » qui montre les avantages des disques durs légers et magnétiques.
Des impulsions lumineuses ultra-courtes (femtosecondes) permettent d'écrire directement des données dans une mémoire magnétique de manière rapide et hautement économe en énergie. De plus, dès que les informations sont écrites (et stockées), il avance en laissant de la place à des domaines de mémoire vides à remplir avec de nouvelles données. Cette recherche, Publié dans Communication Nature , promet de révolutionner le processus de stockage des données dans les futurs circuits intégrés photoniques.
Les données sont stockées sur des disques durs sous forme de 'bits', de minuscules domaines magnétiques avec un pôle Nord et un pôle Sud. La direction de ces pôles ('magnétisation'), détermine si les bits contiennent un 0 numérique ou un 1. L'écriture des données s'effectue en "commutant" le sens de l'aimantation des bits associés.
Ferriaimants synthétiques
Classiquement, la commutation se produit lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué, ce qui forcerait la direction des pôles vers le haut (1) ou vers le bas (0). Alternativement, la commutation peut être réalisée via l'application d'une impulsion laser courte (femtoseconde), ce qu'on appelle la commutation tout optique, et se traduit par un stockage plus efficace et beaucoup plus rapide des données.
Marc Lalieu, doctorat candidat au département de physique appliquée de TU/e :« La commutation tout optique pour le stockage de données est connue depuis une dizaine d'années. Lorsque la commutation tout optique a été observée pour la première fois dans les matériaux ferromagnétiques, parmi les matériaux les plus prometteurs pour les dispositifs de mémoire magnétique, ce domaine de recherche a pris un essor considérable ». Cependant, la commutation de l'aimantation dans ces matériaux nécessite plusieurs impulsions laser et, Donc, longs temps d'écriture des données.
Écriture de données à la volée dans des dispositifs de mémoire de piste. Les bits magnétiques (1 et 0) sont écrits par des impulsions laser (impulsions rouges, côté gauche), et les données sont transportées le long du circuit vers l'autre côté (flèches noires). À l'avenir, les données peuvent également être lues optiquement (impulsions rouges, côté droit). Crédit :Université de technologie d'Eindhoven
Stockage des données mille fois plus rapide
Lalieu, sous la direction de Reinoud Lavrijsen et Bert Koopmans, a été en mesure de réaliser une commutation tout optique dans des ferrimagnétiques synthétiques - un système de matériaux parfaitement adapté aux applications de données spintroniques - en utilisant des impulsions laser femtosecondes uniques, exploitant ainsi la grande vitesse d'écriture des données et la consommation d'énergie réduite.
Alors, comment la commutation tout optique se compare-t-elle aux technologies de stockage magnétique modernes ? Lalieu :« La commutation de la direction d'aimantation à l'aide de la commutation tout optique mono-impulsion est de l'ordre de la picoseconde, ce qui est environ 100 à 1000 fois plus rapide que ce qui est possible avec la technologie d'aujourd'hui. De plus, comme les informations optiques sont stockées dans des bits magnétiques sans avoir besoin d'électronique coûteuse en énergie, il détient un potentiel énorme pour une utilisation future dans les circuits intégrés photoniques.
Écriture de données « à la volée »
En outre, Lalieu a intégré la commutation tout optique avec la mémoire dite de piste - un fil magnétique à travers lequel les données, sous forme de bits magnétiques, est efficacement transporté à l'aide d'un courant électrique. Dans ce système, les bits magnétiques sont écrits en continu à l'aide de la lumière, et immédiatement transporté le long du fil par le courant électrique, laissant de la place pour vider les bits magnétiques et, Donc, nouvelles données à stocker.
Koopmans : « Cette copie « à la volée » d'informations entre les pistes de course lumineuses et magnétiques, sans aucune étape électronique intermédiaire, c'est comme sauter d'un train à grande vitesse en mouvement à un autre. D'un « Thalys photonique » à un « ICE magnétique », sans aucun arrêt intermédiaire. Vous comprendrez l'énorme augmentation de la vitesse et la réduction de la consommation d'énergie qui peuvent être obtenues de cette manière".
Cette recherche a été réalisée sur des fils micrométriques. À l'avenir, des dispositifs plus petits à l'échelle nanométrique devraient être conçus pour une meilleure intégration sur les puces. En outre, travailler à l'intégration finale du dispositif de mémoire photonique, le groupe Physique des nanostructures s'occupe actuellement également de l'investigation sur la lecture des données (magnétiques), ce qui peut être fait tout-optiquement aussi.
