بر اساس کار جدیدی که توسط تیم بین‌المللی از پژوهش‌گران انجام یافته٬ انواع گوناگونی از مواد مغناطیسی را می‌توان تنها با نور قطبیده کنترل کرد. این کشف غیرمنتظره که تاکنون محققان توضیحی بر آن نداشته‌اند٬ نشان می‌دهد این پدیده‌ی اپتیکی که پیش‌تر فقط در فرومغناطیس‌ها ممکن بوده٬ بسیار عمومی‌تر است. این کشف به شکل بالقوه می‌تواند تاثیر مهمی بر ذخیره‌ی داده‌ها داشته باشد. با این کشف می‌توان به بیت‌های مغناطیسی اجازه داد تا سریعاً توسط پالس‌های اپتیکی در قطعات مدرن سوئیچ‌زنی کنند.

از نوارهای مغناطیسی گرفته تا دیسک‌های سخت‌ رایانه‌ها٬ ذخیره‌ی داده‌های قابل بازنویسی٬ با مرتب‌سازی حوزه‌های مغناطیسی انجام می‌گیرد. با تنظیم بردار مغناطش یک حوزه‌ی ویژه که این مغناطش می‌تواند روبه بالا یا پائین باشد٬ عمل ذخیره‌سازی بیت‌های انفرادی انجام می‌شود. با این وجود با افزایش سرعت پردازش داده‌ها در رایانه‌های مدرن لازم است تا سرعت ذخیره‌ی داده‌ها نیز افزایش یابد. این کار٬ دشواری‌های عملی و نظری را در ذخیره‌ی مغناطیسی داده‌ها بوجود می‌آورد.

راه سنتی جهت واردساختن تلنگری به یک بیت٬ اعمال میدان مغناطیسی است. با این حال تنظیم سریع حوزه‌های مغناطیسی٬ میدان‌های مغناطیسی پالسی قوی‌تر و سریع‌تر را می‌طلبد؛ چیزی که تولید آن در دیسک‌های رایانه‌ای دشوار است. به علاوه در سال ۲۰۰۴ محققان با استفاده از میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط شتاب‌سنج خطی استانفورد نشان داده‌اند که میدان‌های بی‌نهایت لازم برای سوئیچ‌زنی یک حوزه‌ی مغناطیسی در کمتر از دو پیکوثانیه باعث می‌شود تا فروپاشی کاملی در نظم مغناطیسی یک ماده ایجاد شود. این نتیجه ظاهراً محدوده‌ای را برای سرعت نهایی ذخیره‌ی داده‌های مغناطیسی بدست می‌دهد.

استفان مینجین و همکارانش نشان داده‌اند که نور قطبیده می‌تواند برای کنترل مغناطش بکار رود و این می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر آینده‌ی دیسک‌های سخت و دیگر روش‌های ذخیره اطلاعات داشته باشد.

سوئیچ‌زنی سریع

در سال ۲۰۰۶ تئو ریزینگ (Theo Rasing) و همکارانش در دانشگاه رادبود نایمیگنِ هلند نشان داده‌اند که مغناطش حوزه‌ها در فرو‌مغناطیس‌ها (موادی شامل دو نوع حوزه‌ی مغناطیسی در خلاف جهت هم‌دیگر) را می‌توان با نور قطبیده‌ی دایروی کنترل کرد. این کنترل را می‌توان با پالس لیزری کم‌توان با مدت زمان به کوتاهی ۴۰ فمتوثانیه انجام داد. اما هرچند مواد فرو‌مغناطیسی که توسط ریزینگ و پژوهش‌گران دیگر استفاده شده در قطعات اپیتکی -مغناطیسی مواد مشهوری به حساب می‌آیند اما این مواد در دیسک‌های سخت رایانه‌ای استفاده نمی‌شوند چون به راحتی مغناطیسی شده و دمغناطیس می‌شوند. بنابراین مغناطش حوزه‌های بسیار کوچک کاملاً ناپایدار است و این خاصیت سبب می‌شود تا چگالی در ناحیه‌هایی که داده می‌تواند ذخیره ‌شود محدود گردد.

اما اکنون استفان مینجین (Stéphane Mangin) از دانشگاه لورن فرانسه همراستا با همکارانش در ایالات متحده٬ آلمان و ژاپن نشان داده‌اند که این نوع از سوئیچ‌زنی اپتیکی می‌تواند در لایه‌های فرومغناطیس که از موادی همچون کبالت٬ پلاتینیوم٬ نیکل و پالادیوم ساخته شده نیز قابل دسترسی باشد. این مواد علاقه‌ی فراوانی را برای توسعه‌دهندگان دیسک‌های سخت به خود جلب کرده‌اند اما تاکنون اغلب نظریاتی که سوئیچ‌زنی اپتیکی را توضیح داده‌اند تنها در فرو‌مغناطیس‌ها کابرد داشته است. به بیان مینجین: «نشان داده‌ایم که این موضوع صحت ندارد- می‌توانید انواع مختلفی از فرومغناطیس‌ها و دیگر مواد مغناطیسی را داشته باشید که این رفتار را نشان می‌دهند». اما هنوز آن‌ها نمی‌دانند این رفتار چگونه انجام می‌گیرد.

این پژوهش‌گران گزیده‌ای از لایه‌های نازک فرومغناطیس را آزمایش کرده‌ و پارامترهایی همچون سختی نسبی٬ نسبت مواد مختلف و تعداد لایه‌ها را تغییر داده‌اند تا نتایج خود را تایید کنند. این تیم با استفاده از یک روش استاندارد هر نمونه را تحت میکروسکوپ فارادی (که از نور قطبیده استفاده می‌کند) مشاهده کرده‌اند. حوزه‌ای که در یک جهت قطبیده می‌شود به رنگ سیاه نمایان می‌گردد درحالی‌که حوزه‌ی دیگری که در جهت دیگر قطبیده می‌شود به رنگ سفید دیده می‌شود. پژوهش‌گران این نمونه‌ها را با استفاده از پالس لیزری ۱۰۰ فمتوثانیه‌ای مورد تابش قرار داده و دریافتند که نه تنها می‌توانند حوزه‌ها را سوئیچ‌زنی کنند٬ بلکه بخش‌هایی را نیز معرفی کرده‌اند که هیچ قطبش خالصی ندارد.

فیزیک‌دان‌های آشفته‌خاطر

هم ریزینگ و هم برت کوپمانز (Bert Koopmans) متخصص نانومغناطیس در دانشگاه فنی آیندهوون هلند- شگفت‌زده شده‌اند. به گفته‌ی کوپماز: «تفسیر این آزمایش‌های ]سوئیچ‌زنی اپتیکی[ در طول سال‌ها دچار دگرگونی شده است. فکر می‌کنم همه‌ چیز را می دانستم و این آزمایش ذهن من را کاملا آشفته کرده است». با این وجود هردوی این محققان اصرار دارند که تلاش بیشتری بایستی انجام شود تا نشان دهد که این کار می‌تواند در دیسک‌های سخت نیز مفید باشد. به گفته‌ی ریزینگ «در این مقاله هیچ نتیجه‌ای در مورد تک پالس‌ها وجود ندارد و تنها از پالس‌های متراکم و انباشته استفاده شده است». «بنابراین بیان این مطلب دشوار است که آیا واقعاً در این مورد سوئیچ‌زنی اپتیکی بسیار سریعی اتفاق می‌افتد یا حرارت دیدن توسط لیزر رخ می‌دهد– اگرچه به وضوح هلیسیته ]ترکیب اسپین و حرکت خطی ذرات زیراتمی [اینجا اهمیت دارد». مینجین و همکارانش مشغول کار بر روی توضیح نظری و هم توسعه‌ی اپتیکی این فناوری هستند.

این پژوهش در مجله ساینس منتشر شده است.

درباره‌ی نویسنده:

تیم وگان (Tim Wogan) نویسنده‌ی علمی در انگلستان است.

منبع:

Controlling ferromagnetic domains using light