Przełom w spintronice przyniesie tysiąckrotnie szybsze pamięci RAM i dyski twarde

Rozwój sprzętu IT zależy bezpośrednio od postępu w fizyce.Ostatnie lata postępu tego niewiele przyniosły, wydawało się, żewraz z kolejnymi generacjami układów półprzewodnikowych od Intelaczy AMD zbliżamy się do granic miniaturyzacji, przyspieszania izwiększania pojemności. Czasem jednak jedno ciekawe odkrycie zzakresu fizyki może popchnąć zwykle rozwijane metodą małychkroków technologie daleko do przodu. Takim odkryciem będzienajprawdopodobniej nowa metoda zmian magnetycznej strukturymateriałów, która pozwoli na przyspieszenie komputerowych pamięcio kilka rzędów wielkości. Poświęcony jej artykuł opublikowanyzostał we wczorajszymwydaniu magazynu Nature.Zaczęło się od prac profesora Jiganga Wanga i jego zespołu zesponsorowanego przez amerykański Departament Energetyki AmesLaboratory na stanowym uniwersytecie w Iowa, teoretyczniezinterpretowanych przez zespół greckich fizyków, kierowany przezIliasa Perakisa z Uniwersytety na Krecie. Badacze znaleźli metodęna wykorzystanie trwających femtosekundy (10-15) impulsówlaserowych do zmiany struktury materiałów magnetooporowych, tak żestawały się one przemiennie ferromagnetykami iantyferromagnetykami.[img=spintronika]Do tej pory w systemach magnetooptycznej pamięci wykorzystywanebyło pole magnetyczne i ciągłe światło laserowe. Wprowadzanelaserową energią w stany wzbudzone atomy w materiałachferromagnetycznych podgrzewają się, zaczynają wibrować, awibracja ta pozwala na odwrócenie kierunku pola, kodującegoinformację. Szybkość takich zmian ograniczona jest więc czasempotrzebnym do wywołania wibracji w atomie i czasem odwracania pólmagnetycznych. Jak wyjaśnia Wang, z tą metodą praktycznieniemożliwe jest przekroczenie gigahercowych (109) szybkościprzełączania w magnetooptycznych pamięciach.Fizycy w poprzedniej dekadzie zainteresowali się więcmateriałamiCMR (ogromnej magnetooporności) – minerałami grupy związkówznanych jako perowskity.Wykazują one wielką podatność na zewnętrzne pola magnetyczne,stanowią przy tym wciąż sporą zagadkę dla teoretyków, gdy niedo końca wiadomo jak zachodzące w nich przełączanie pomiędzystanem ferromagnetyku a antyferromagnetyku zachodzi. Wymuszonefemtosekundowym impulsem laserowym zmiany w takich materiałach niewymagają nagrzania atomów, efekt ten zachodzi na poziomiekwantowym. Zespół Wanga określa to jako kwantowyfemtomagnetyzm, w którymprzełączanie odbywa się przez zmianę spinu.W testowanym przez fizykówmateriale CMR – manganicie – magnetyczne uporządkowaniezmieniano za pomocą technik spektrografii wysokiej częstotliwości,którą Wang porównuje do bardzo szybkiej fotografiistroboskopowej. Tutaj krótki impuls światła służy zarównodo wzbudzenia stanu materiału jak i przeprowadzania pomiaru,wszystko w ciągu 100 femtosekund.Stosując taką metodę możnabędzie wykorzystać w praktyce materiały CMR w stałych i masowychpamięciach magnetycznych, działających z terahercowymiczęstotliwościami, tysiąckrotnie szybciej, niż obecne.Konsekwencje takiego skoku dla technologii informatycznych trudnoprzewidzieć, ale mogą być nie mniejsze, niż skok od klasycznychdyskietek do współczesnych pamięci flash.