요약:
초고속 레이저 빔을 재형성하고 좁힘으로써 UC San Diego 연구진은 백금과 코발트의 9개 교번 층으로 구성된 자성 재료에서 광 스위칭을 달성하여 이전 실험에서 재료 두께의 일반적인 한계인 3층 이하를 돌파했습니다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈' 9월 15일자에 게재됐다.
하드 디스크의 디지털 정보는 수많은 작은 자기 영역으로 표현됩니다. 기존의 쓰기 방법은 일반적으로 외부 자기장을 사용하여 자기 영역의 상태를 반전시킵니다. 이는 높은 에너지를 소비하고 데이터 쓰기 속도를 제한합니다. 연구진은 자기 상태를 변경하기 위해 매우 짧고 집중 가능한 광 펄스를 사용하는 광학 스위칭이 외부 자기장에 의존하는 방법보다 1000배 이상 빠를 수 있지만 과거에는 자성 물질의 구조와 빛의 편광 조건으로 인해 제한적일 수 있다고 추정합니다.
이전 실험에서는 자성 재료의 두께가 3층을 초과하면 광 스위칭 효과가 억제되어 재료 두께가 제한되고 데이터를 장기간 보존하는 능력이 제한되는 것으로 나타났습니다. 초기 계획에서는 빛이 특정한 편광을 가져야 한다는 것, 즉 전기장의 방향이 특정한 조건을 충족해야 한다고 요구했습니다. 이번에 팀은 빔의 모양, 크기 및 에너지 분포를 조정하여 9층 백금-코발트 구조의 전환을 달성했습니다. 동시에, 더 이상 특정 편광이 필요하지 않으며, 이는 빔 엔지니어링이 재료와 빛의 한계를 뛰어넘을 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여줍니다.
자화 반전은 여러 레이저 펄스에 걸쳐 점차적으로 발생합니다. 첫 번째 펄스는 작은 영역에 충분한 열을 집중시켜 해당 영역의 자기 상태를 반전시킵니다. 후속 펄스는 안정화될 때까지 반전된 영역을 점진적으로 확장합니다. 따라서 빛 에너지가 떨어지는 위치를 제어하면 자화된 영역이 어떻게 형성되고 확장되는지 결정하는 데 도움이 됩니다. 연구팀은 빔이 작을수록 향후 같은 공간에서 더 작고 밀도가 높은 광저장장치를 구현할 수 있는 기회가 더 커진다고 말했다.
이번 연구는 광학팀이 박막자성재료 분야 전문가들과 협력해 완성했다. 논문의 수석 저자이자 학교 전기 및 컴퓨터 공학과 교수인 Abdoulaye Endao는 팀이 자성 물질을 재설계한 것이 아니라 이전에는 불가능하다고 생각했던 특성을 관찰하기 위해 조명 자체를 재설계했다고 말했습니다. 제1저자인 모하메드 왈리드 칼리드(Mohammed Walid Khalid)는 실험 결과가 참신하고 특이하다고 말했으며, 연구팀은 그 결과가 우연이 아니라는 것을 확인하기 위해 실험을 반복하는 데 많은 시간을 소비했습니다.
이 팀은 현재 빛을 수백 나노미터로 축소하여 공학적 빛이 더 작은 규모에서 자성을 제어할 수 있는 방법을 탐구하는 것을 목표로 빛을 더 작은 공간에 가둘 수 있는 광학 구조를 연구하고 있습니다. 상용 저장 장치에 사용하기 위해서는 펄스를 실제로 생성하고 전달하는 방법에 대한 문제도 해결되어야 합니다. 실험에 사용된 특수 초고속 레이저는 현재 컴퓨터 칩에 통합하기가 어렵습니다. 또 다른 가능한 경로는 통합하기가 더 쉬운 레이저 작용으로 유사한 효과를 생성할 수 있는 자성 재료를 찾는 것입니다.
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