По словам авторов разработки, новый способ обращения с магнитным носителем позволит записывать на диск вплоть до терабайтов данных в секунду, что в несколько сотен раз быстрее, чем у современных накопителей. При этом на работу устройства будет тратиться ещё и меньше электричества, а плотность записи возрастёт (кратко об этом мы уже писали).

Традиционно считается, что повышение температуры разрушает упорядоченное расположение магнитных доменов, скажем, на жёстком диске, то есть стирает информацию, обращая магнитную картинку в хаос.

Однако в серии опытов группа физиков из Великобритании, Испании, Нидерландов, России, Украины, Швейцарии и Японии установила, что

локальный ультрабыстрый нагрев доменных зон способен аккуратно и заранее выбранным образом переключать полярность встроенных в материал «магнитиков». Причём многократно.

Рис. 1. Магнитные зёрна жёсткого диска будущего (колонки на рисунке) обеспечат плотность записи в 10 петабайт на квадратный метр — на порядок выше, чем сейчас. Луч лазера сможет записывать данные на скорости 200 гигабит в секунду и выше. Это в 300 раз быстрее сегодняшних возможностей (иллюстрация Richard Evans, University of York).

Тепло в таком опыте поставлялось к образцу материала при помощи лазерных вспышек длительностью в сотые доли пикосекунды.

Рис. 2. Экспериментальная проверка принципа. Два наноразмерных островка в материале намагничены в разном направлении (отражено чёрным и белым цветом). После одного ультракороткого импульса света полярность обоих островков меняется на обратную. После второго – возвращается к исходному рисунку, после третьего – снова переключается, и так далее (иллюстрация Johan Mentink, Alexey Kimel, Radboud University Nijmegen; Richard Evans, University of York).

В разработанном командой методе нули и единицы записываются на ферримагнетик при помощи импульсов света, направленных на нанометровые участки на поверхности диска.

Эти импульсы, как оказалось, не только действуют быстрее, но и требуют меньше энергии, чем обычный способ произвольного перемагничивания доменов – при помощи внешнего магнитного поля.

Рис. 3. Пояснение к опыту. В ферримагнетике, состоящем из железа (синий цвет) и гадолиния (красный), магнитные моменты двух типов атомов ориентированы антипараллельно (стрелки под первой картинкой). Величины этих моментов разные, так что их сумма не равна нулю и это позволяет записывать данные.

Сверхбыстрое магнитное переключение, индуцированное теплом, происходит в два этапа. Импульс лазера длиной в 60 фемтосекунд быстро нагревает материал. В этот момент ферримагнетик переходит в промежуточное состояние, идентичное ферромагнетикам. Моменты железа и гадолиния выравниваются в одну сторону (средний рисунок). В последующие мгновения (менее чем за 5 пикосекунд) происходит «релаксация», и материал возвращается к обычной для себя форме. Но при этом уже все полярности атомов оказываются перевёрнутыми по сравнению с исходным вариантом (правый рисунок) (иллюстрация Richard Evans, University of York).

Таким образом, экспериментаторы показали, как можно обойти физический предел скорости перемагничивания, выявленный в ходе экспериментов восемь лет назад.

Рис. 4. Приятно отметить
представительницу России в
столь значимой работе. Это
Александра Калашникова из
ФТИ им. Иоффе (фото с сайта ru.nl).

Тогда учёные открыли, что при приближении продолжительности импульсов поля к паре пикосекунд материал просто не успевает перемагничиваться, даже при большой силе импульса. А это ставило барьер на пути создания ультрабыстрых накопителей.

Теперь же получается, что от магнитного способа переключения можно полностью отказаться, оснастив будущие жёсткие диски фемтосекундными лазерами для ведения записи. Правда, до построения реального такого прибора новую технологию ещё предстоит отшлифовать.

Детали эксперимента можно найти в статье в статье:

T.A. Ostler, J. Barker, R.F.L. Evans, R.W. Chantrell, U. Atxitia, O. Chubykalo-Fesenko, S. El Moussaoui, L. Le Guyader, E. Mengotti, L.J. Heyderman, F. Nolting, A. Tsukamoto, A. Itoh, D. Afanasiev, B.A. Ivanov, A.M. Kalashnikova, K. Vahaplar, J. Mentink, A. Kirilyuk, Th. Rasing et al. Ultrafast heating as a sufficient stimulus for magnetization reversal in a ferrimagnet. – Nature Communications. – 3. – Article number: 666. – doi:10.1038/ncomms1666; Published 07 February 2012.