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    飞秒级别!光子存储器件将具有“光写”!超快速和高能效!

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      普朗克

      光是传递信息最有效的方式,然而光显示了一个很大的限制:它很难存储。事实上,数据中心主要依靠磁性硬盘驱动器。然而,在这些硬盘驱动器中,信息传输的能量成本目前正呈爆炸式增长。埃因霍温理工大学光子集成研究所(TU/e)的研究人员开发了一种“混合技术”,它显示了光和磁硬盘驱动器的优点。超短(飞秒)光脉冲允许数据直接写入磁存储器中,以一种快速和高效的方式。此外,一旦信息被写入(和存储),它就会向前移动,将空间留给空白的内存域,以便用新数据填充。这项研究发表在《自然通讯》上,有望彻底改变未来光子集成电路的数据存储过程。

      飞秒级别!光子存储器件将具有“光写”!超快速和高能效!

      博科园-科学科普:数据以“位”的形式存储在硬盘驱动器中,这是一种带有北极和南极的微小磁场域。这些磁极的方向(“磁化”)决定了比特是包含数字0还是1。写入数据是通过“切换”相关位元磁化的方向来实现。通常情况下,当外加磁场作用时,会使磁极的方向向上(1)或向下(0)。或者,也可以通过短(飞秒)激光脉冲(全光开关)实现开关,从而提高数据的存储效率和速度。TU/e应用物理系博士生Mark Lalieu:用于数据存储的全光开关技术已经问世大约十年了。当全光开关首次在铁磁材料中被观察到时,这一研究领域得到了极大的发展。然而,这些材料的磁化开关需要多个激光脉冲,因此需要很长的数据写入时间。

      存储数据快一千倍

      Lalieu在Reinoud Lavrijsen和Bert Koopmans的指导下,利用单飞秒激光脉冲在合成铁磁体(一种非常适合自旋电子数据应用的材料系统)中实现了全光开关,从而利用了数据写入的高速和降低了能耗。

      飞秒级别!光子存储器件将具有“光写”!超快速和高能效!

      ll-optical切换,数据以“位”的形式存储,位包含数字0(北极向下)或1(北极向上)。数据写入是通过使用短激光脉冲(红色)“切换”两极的方向来实现。图片:Eindhoven University of Technology

      那么全光开关与现代磁存储技术相比如何呢?使用单脉冲全光开关的磁化方向的开关大约是皮秒,比今天的技术快100到1000倍。此外由于光学信息存储在磁性位元中,不需要耗费能源的电子器件,因此在光子集成电路中具有巨大的应用潜力。

      “动态”数据

      此外,Lalieu将全光开关与所谓的赛马场存储器集成在一起。存储器是一种磁线,通过它,数据以磁比特的形式通过电流有效传输。在这个系统中,磁位是用光连续写入的,并通过电流立即沿导线传输,留下空间给空的磁位,从而存储新的数据。这种在光和磁赛道之间‘动态’复制信息的行为,没有任何中间电子步骤,就像从一辆行驶中的高速列车上跳到另一辆列车上。

      飞秒级别!光子存储器件将具有“光写”!超快速和高能效!

      存设备中实时写入数据,磁位(1和0位)由激光脉冲(红色脉冲,左侧)写入,数据沿跑道传输到另一侧(黑色箭头)。在未来,数据也可能被光学读出(红色脉冲,右侧)。图片:Eindhoven University of Technology

      从“光子塔利”到“磁性冰”,中间没有任何停顿。你就会明白,通过这种方式可以大大提高速度和减少能源消耗。本研究是在微细电线上进行的。未来,为了更好地集成在芯片上,应该设计纳米尺度的更小的器件。此外,纳米结构组的物理学也在为光子存储器的最终集成而努力,目前也在忙着研究(磁)数据的读出,这种读出也是全光学的。

      博科园-科学科普|研究/来自:埃因霍温科技大学

      参考期刊文献:《Nature Communications》

      DOI: 10.1038/s41467-018-08062-4

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