要約:
カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者らは、超高速レーザービームの形状を変更して狭くすることで、プラチナとコバルトの交互の9層で構成される磁性材料の光スイッチングを実現し、これまでの実験では材料の厚さが3層以下という通常の限界を突破した。研究結果は9月15日付けで「Nature Communications」誌に掲載された。
ハードディスク内のデジタル情報は、多数の小さな磁気領域によって表されます。従来の書き込み方法は通常、外部磁場に依存して磁性領域の状態を反転させるため、高エネルギーが消費され、データ書き込み速度が制限されます。研究者らは、磁気状態を変化させるために非常に短い集束可能な光パルスを使用する光スイッチングは、外部磁場に依存する方法よりも1000倍以上高速である可能性があると推定しているが、これまでは磁性材料の構造と光の偏光状態によって制限されていた。
以前の実験では、磁性材料の厚さが 3 層を超えると、光スイッチング効果が抑制され、材料の厚さとデータの長期保存能力が制限されることが判明しました。初期の計画では、光が特定の偏光を持つこと、つまり電場の方向が特定の条件を満たす必要があることも必要でした。今回チームは、ビームの形状、サイズ、エネルギー分布を調整することで、白金コバルト9層構造のスイッチングを実現した。同時に、特定の偏光を必要としなくなり、ビームを操作することで材料と光の制限を突破できる可能性があることがわかりました。
磁化反転は、複数のレーザー パルスにわたって徐々に発生します。最初のパルスは、小さな領域に十分な熱を集中させ、その領域の磁気状態を反転させます。後続のパルスにより、反転領域が安定するまで徐々に拡大します。したがって、光エネルギーがどこに落ちるかを制御することは、磁化領域がどのように形成および拡大するかを決定するのに役立ちます。研究チームは、ビームが小さければ小さいほど、将来同じ空間でより小型で高密度の光ストレージを実現できる可能性が高まると述べた。
この研究は、薄膜磁性材料の専門家と協力して光学チームによって完了しました。論文の上級著者で同校電気・コンピュータ工学部教授のアブドゥライ・エンダオ氏は、研究チームは磁性材料を再設計したのではなく、これまで不可能と考えられていた特性を観察するために光自体を再設計したと述べた。筆頭著者のモハメド・ワリド・ハーリド氏は、実験結果は斬新で珍しいものであり、研究チームは発見が偶然ではないことを確認するために実験を繰り返すのに多くの時間を費やしたと述べた。
チームは現在、光をより小さな空間に閉じ込めることができる光学構造に取り組んでおり、その目標は、ビームを数百ナノメートルに縮小して、人工光がより小さなスケールで磁気をどのように制御できるかを調査することです。商用ストレージデバイスで使用するには、パルスを実際にどのように生成して配信するかという問題も解決する必要があります。実験で使用された特殊な超高速レーザーは、現時点ではコンピューターチップに統合することが困難です。別の可能な方法は、レーザーの作用下で同様の効果を生み出すことができ、統合が容易な磁性材料を見つけることです。
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