Investigadores de CRANN y Trinity’s School of Physics han descubierto que un nuevo material puede actuar como un interruptor magnético súper rápido.
Cuando es golpeado por sucesivos pulsos de láser ultracortos, exhibe “conmutación de palanca” que podría aumentar la capacidad de la red global de cable de fibra óptica en un orden de magnitud.
Ampliando la capacidad de Internet
El cambio entre dos estados, 0 y 1, es la base de la tecnología digital y la columna vertebral de Internet. La gran mayoría de todos los datos que descargamos se almacenan magnéticamente en enormes centros de datos de todo el mundo, conectados por una red de fibras ópticas.
Los obstáculos para seguir avanzando con Internet son triples, específicamente la velocidad y el consumo de energía de los interruptores semiconductores o magnéticos que procesan y almacenan nuestros datos y la capacidad de la red de fibra óptica para manejarlos.
Investigadores de CRANN y la Escuela de Física del Trinity College de Dublín han descubierto que un nuevo material puede actuar como un interruptor magnético súper rápido. Crédito: CRANN y Trinity College Dublin
El nuevo descubrimiento de la conmutación de palanca ultrarrápida que utiliza luz láser en películas similares a espejos de un aleación de manganeso, rutenio y galio conocido como MRG podría ayudar con los tres problemas.
La luz no solo ofrece una gran ventaja cuando se trata de velocidad, sino que los interruptores magnéticos no necesitan energía para mantener su estado. Más importante aún, ahora ofrecen la posibilidad de una multiplexación rápida en el dominio del tiempo de la red de fibra existente, lo que podría permitirle manejar diez veces más datos.
La ciencia detrás de la conmutación magnética
Trabajando en el laboratorio de fotónica en CRANN, el centro de investigación de nanociencia de Trinity, la Dra. Chandrima Banerjee y el Dr. Jean Besbas utilizaron pulsos de láser ultrarrápidos que duraron solo cien femtosegundos (una diez mil millonésima de segundo) para cambiar la magnetización de películas delgadas. de MRG de ida y vuelta. La dirección de magnetización puede apuntar hacia adentro o hacia afuera de la película.
Con cada pulso láser sucesivo, cambia bruscamente de dirección. Se cree que cada pulso calienta momentáneamente los electrones en MRG en unos 1.000 grados, lo que provoca un cambio en su magnetización. El descubrimiento del cambio de palanca ultrarrápido de MRG se acaba de publicar en una revista internacional líder, Comunicaciones de la naturaleza.
El Dr. Karsten Rode, investigador principal en el ‘Grupo de Magnetismo y Electrónica de Giro’ en la Escuela de Física de Trinity, sugiere que el descubrimiento solo marca el comienzo de una nueva dirección de investigación emocionante.
El Dr. Rode dijo:
“Tenemos mucho trabajo por hacer para comprender completamente el comportamiento de los átomos y electrones en un sólido que está lejos del equilibrio en una escala de tiempo de femtosegundos. En particular, ¿cómo puede el magnetismo cambiar tan rápidamente mientras obedece la ley fundamental de la física que dice que se debe conservar el momento angular?
“En el espíritu de nuestro equipo de espintrónica, ahora recopilaremos datos de nuevos experimentos con láser pulsado en MRG y otros materiales, para comprender mejor esta dinámica y vincular la respuesta óptica ultrarrápida con el transporte electrónico. Planeamos experimentos con pulsos electrónicos ultrarrápidos para probar la hipótesis de que el origen de la conmutación de palanca es puramente térmico “.
El año que viene, Chandrima continuará su trabajo en la Universidad de Haifa, Israel, con un grupo que puede generar pulsos láser aún más cortos. Los investigadores de Trinity, dirigidos por Karsten, planean un nuevo proyecto conjunto con colaboradores en los Países Bajos, Francia, Noruega y Suiza, destinado a probar el concepto de multiplexación ultrarrápida en el dominio del tiempo de canales de fibra óptica.
Referencia: “Conmutación de magnetización totalmente óptica de un solo pulso sin gadolinio en el ferrimagnet Mn2RuXGa ”por C. Banerjee, N. Teichert, KE Siewierska, Z. Gercsi, GYP Atcheson, P. Stamenov, K. Rode, JMD Coey & J. Besbas, 7 de septiembre de 2020, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18340-9
El trabajo que hizo posible el descubrimiento fue apoyado por Science Foundation Ireland, el Irish Research Council y la Comisión Europea.
