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光磁记录实现数据冷存储

2017-02-09 14:25
逆光飞舞
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通过一定强度的短脉冲可以在掺杂了钴离子的钇铁石榴石的磁性层上记录数据。据开发商介绍,这种新颖的光学存储机制有可能成为一种通用的、节能型数据存储技术,并替代现有的存储技术,这源于该技术能够完成超低热度的快速磁盘读写过程,应用前景广阔。

该方法由荷兰内梅亨大学和波兰比亚韦斯托克大学共同研发,技术成果近日刊登在《自然》杂志上。

成本低廉、低热耗的数据记录方法将对21世纪经济产生至关重要的影响

研究人员表示,正如石油对于20世纪的作用,可靠、低成本、快速的数据记录技术对于21世纪的经济来说至关重要。随着云存储需求的急剧增加,数据中心机房的温度会持续走高,但磁记录在这方面表现相对优异。

目前数据记录方法的缺陷之一就是需要大量的能量来冷却处理器。最近的磁记录创新技术——热辅助磁记录方法并不能解决这个问题。相反,它利用激光脉冲的热量来实现数据记录。因此,不产生热量且不需要电磁体的超快磁记录是当前磁应用技术以及基础研究的重中之重。

来自内梅亨大学的研究人员研究通过光脉冲来操控磁体实现记录的方法已有十余年。2007年Theo Rasing教授和他的同事在Physical Review Letters杂志上发表了他们的第一个成果。他们最初的研究成果表明,磁性记录的机制依赖于激光诱导加热,当其温度达到并高于所谓的居里温度的临界温度时,磁顺序被永久破坏。

为了解决加热问题,需要利用具有低光吸收效应的介质。对于具有大量自由电子的金属来说,光的吸收效应及其带来的加热效应是不可避免的。为了减少热效应,必须使用介电材料。在最新的研究中,科学家选择使用钇铁石榴石(YIG),它被认为是“磁性电解质模型”。单纯使用YIG是不可能实现光学信息记录的,为了增加其对激光激发的灵敏度,科学家利用钴离子对其进行掺杂。

飞秒激光技术

科学家发现,在掺钴钇铁石榴石膜中,在飞秒激光脉冲的激发下单个线性偏振因子会在不同的自旋状态下进行转换。物理学家Alexey Kimel解释说:“通过改变激光脉冲的极化强度,我们可以控制石榴石中的净磁化强度,从而可以实现1或0的写入。这种方法优于目前的替代方案,而且可以在极低热负荷的情况下以低于20ps的速度进行磁读写事件。”

Kimel解释说,使用掺钴钇铁石榴石的磁性介质存储设备应该不会应用在个人计算机上。 “金属与石榴石晶体之间的技术差距太大了,但是对于拥有大型数据库的谷歌以及Facebook来说,这倒是一个不错的选择。”

“另外一个可行的实现方案是在非常低的温度下进行数据的记录。超导电子和量子计算机就缺少可以在10开氏度(-263摄氏度)下的快速存储系统。截止到目前,这仍然是超级计算的一个严重的技术瓶颈。”

潜在影响

日前,optics.org采访了Alexey Kimel教授,他介绍了这种室温下的新型数据存储技术如何影响商业数据记录与存储市场。“在过去十年中,磁性工业一直致力于推广和实现热辅助磁记录(HAMR)的概念。要实现单个数据位的改变,需要来自电磁体的磁场和激光器光场的共同作用。其中后者则用于数据写入区域的加热。HAMR技术有望在2018年进入市场。但是2018年之后,这种概念的存储技术将会如何发展仍是个未知数。”

“通过我们的研究,发现光能以超快的速度进行信息的记录,而且不需要磁性介质,也几乎不需要加热。在现有技术中,MRAM器件中数据记录中产生的热量约为每位100毫微微。对于相同大小区域的数据记录,采用我们的方法,相同记录事件热量耗散将会降低有1000倍。”

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