超快激光驱动的“磁性RAM”即将问世！

2024-04-19 18:14

科学家们发现了一种全新的机制，通过聚焦激光束，能够改变固体材料的磁性状态。研究人员表示，这一发现未来有望应用于超高速计算内存。

为了描述光磁场的振幅、频率与磁性材料能量吸收特性之间的关系，科学家们精心构建了一个新方程。这项研究成果已于1月3日在《物理评论研究》（Physical Review Research）杂志上发表。

尽管这一发现根植于“磁光学”领域，但它却代表着一种全新的突破，因为此前科学家们并不清楚快速振荡的光波中的磁性成分可以如何控制磁铁。

在计算机存储器中，微型电磁铁通过电压进行磁化，形成“开”或“关”的二进制状态，从而编码数据供处理器读取并重新解释为1或0。

最常见的计算内存形式如笔记本电脑或手机中的动态随机存取存储器（DRAM），虽然不稳定，在电源关闭时数据会丢失，但设计简单、材料普通、错误率低且易于检测和修复。

据报道，这一新发现与磁阻随机存取存储器（MRAM）技术更为契合，后者是一种非易失性存储器，更常用于航天器以及军事和其他工业应用。

当磁性材料与辐射处于非平衡状态时，它们之间的相互作用鲜为人知，而这是一个与量子力学奇怪定律相互交织的领域，量子力学正被用于构建量子计算机。

“我们已经得到了一个非常基础的方程，用来描述这种相互作用。这促使我们重新审视光磁记录，并引导我们朝着制造致密、节能且经济的光磁存储设备迈进，尽管这种设备目前尚不存在。”Capua表示。

Capua称，过去尝试使用光束的磁性成分以这种方式翻转磁性钻头的努力并未取得显著成效。但他认为，新的方程式将有助于研究人员成功整合这一机制。

他进一步预测，在遥远的未来，这项技术可能会让MRAM组件比目前最先进的RAM单元更快、更高效。

该技术的光周期时间（即光电磁波完成振荡的时间）可能比传统存储器快一百万倍。电循环时间以纳秒尺度（1秒是10亿纳秒）运行，而典型的光束则以皮秒（1秒是1万亿皮秒）运行。

此外，这项技术未来还有可能应用于量子计算机的量子存储器，其中一束光可以将一个磁位固定在既不是0也不是1的状态，而是这两个状态的叠加，就像量子计算机中的量子位一样。虽然这在目前的精密工程中仍是一个遥远的目标，但卡普阿认为，他团队的发现可能为未来这一技术的应用铺平道路。

该技术还可以更好地控制光束的强度和持续时间以及其对存储系统的影响，从而实现数字化存储系统的节能。“通过调整光束的持续时间和能量，可以降低写入功率。显然，当设备处于空闲状态时，由于磁存储器是非易失性的，它不会消耗任何能量。”

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