La vie moderne tourne autour des données, ce qui signifie que nous avons besoin de nouveau, vite, et des méthodes écoénergétiques pour lire et écrire des données sur nos périphériques de stockage. Approches optiques, qui utilisent des impulsions laser pour écrire des données au lieu d'aimants, ont reçu une attention considérable au cours de la dernière décennie suite au développement de la commutation tout optique (AOS) pour les matériaux magnétiques. Tout en étant rapide et économe en énergie, AOS a des problèmes de précision. Des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven ont mis au point une nouvelle méthode pour écrire avec précision des données sur une couche de cobalt-gadolinium (Co/Gd) avec une impulsion laser en utilisant un matériau ferromagnétique comme référence pour faciliter le processus d'écriture. Leurs recherches sont publiées dans Communication Nature .
Les matériaux magnétiques dans les disques durs et autres appareils stockent les données sous forme de bits informatiques, c'est-à-dire des 0 et des 1, en spins magnétiques orientés vers le haut ou vers le bas. Traditionnellement, les données sont lues et écrites sur un disque dur en déplaçant un petit aimant sur le matériau. Cependant, avec la demande de production de données, consommation, accès, et stockage en constante augmentation, il existe une demande considérable pour des méthodes d'accès plus rapides et plus économes en énergie, boutique, et enregistrer des données.
Le besoin d'un AOS à impulsion unique déterministe
La commutation tout optique (AOS) des matériaux magnétiques est une approche prometteuse en termes de vitesse et d'efficacité énergétique. AOS utilise des impulsions laser femtosecondes pour changer l'orientation des spins magnétiques à l'échelle de la picoseconde. Deux mécanismes peuvent être utilisés pour écrire des données :la commutation à impulsions multiples et à impulsion unique. Dans la commutation d'impulsions multiples, l'orientation finale des spins (c'est-à-dire, haut ou bas) est déterministe, ce qui signifie qu'il peut être déterminé à l'avance par la polarisation de la lumière. Cependant, ce mécanisme nécessite généralement plusieurs lasers, ce qui ralentit la vitesse et l'efficacité de l'écriture.
D'autre part, une seule impulsion pour l'écriture serait beaucoup plus rapide, mais des études sur l'AOS à impulsion unique montrent que la commutation est un processus à bascule. Cela signifie que pour changer l'état d'un bit magnétique spécifique, une connaissance préalable du trépan est nécessaire. En d'autres termes, l'état du bit doit être lu avant de pouvoir être écrasé, qui introduit une étape de lecture dans le processus d'écriture, et limite ainsi la vitesse.
Une meilleure approche serait une approche AOS à impulsion unique déterministe, où la direction finale d'un bit ne dépend que du processus utilisé pour définir et réinitialiser le bit. Maintenant, des chercheurs du groupe Physique des nanostructures du Département de physique appliquée de la TU/e ont démontré une nouvelle approche permettant d'obtenir une écriture déterministe à impulsion unique dans des matériaux de stockage magnétique, rendre le processus d'écriture beaucoup plus précis.
Importance des couches de référence et d'espacement
Pour leurs expériences, les chercheurs de TU/e ont conçu un système d'écriture composé de trois couches - une couche de référence ferromagnétique à base de cobalt et de nickel qui aide ou empêche la commutation de spin dans la couche libre, une couche d'espacement ou d'entrefer en cuivre (Cu) conducteur, et une couche sans Co/Gd optiquement commutable. L'épaisseur des couches combinées est inférieure à 15 nm.
Une fois excité par un laser femtoseconde, la couche de référence se démagnétise en moins d'une picoseconde. Une partie du moment angulaire perdu associé aux spins dans la couche de référence est ensuite convertie en un courant de spin transporté par les électrons. Les spins dans le courant sont alignés avec l'orientation de spin dans la couche de référence.
Ce courant de spin se déplace ensuite de la couche de référence à travers la couche d'espacement de Cu (voir les flèches blanches sur l'image) vers la couche libre où il peut aider ou empêcher la commutation de spin dans la couche libre. Cela dépend de l'orientation de rotation relative des couches de référence et libres.
La variation de l'énergie laser conduit à deux régimes. D'abord, au-dessus d'un seuil, les orientations finales de spin dans la couche libre sont entièrement déterminées par la couche de référence, et deuxieme, au-dessus d'un seuil supérieur, une commutation à bascule est observée. Les chercheurs ont montré qu'ensemble, ces deux régimes peuvent être utilisés pour une écriture précise des états de spin dans la couche libre sans tenir compte de son état initial pendant le processus d'écriture. Cette découverte représente une avancée importante pour augmenter nos futurs dispositifs de stockage de données.
