Достигнута сверхбыстрая обработка данных

Сверхбыстрая обработка данных с использованием световых импульсов вместо электричества была создана учеными.

Изобретение использует магниты для записи компьютерных данных, которые потребляют практически нулевую энергию, решая дилемму о том, как создавать более высокие скорости обработки данных без сопутствующих высоких энергетических затрат.

Современные серверы центров обработки данных потребляют от 2 до 5% мирового потребления электроэнергии, выделяя тепло, которое, в свою очередь, требует больше энергии для охлаждения серверов.

Проблема настолько остра, что Microsoft даже затопила сотни своих дата-центров в океане, пытаясь сохранить их холодными и сократить расходы.

Большинство данных кодируются в виде двоичной информации (0 или 1 соответственно) посредством ориентации крошечных магнитов, называемых спинами, в магнитных жестких дисках. Магнитная головка для чтения / записи используется для установки или извлечения информации с использованием электрических токов, которые рассеивают огромное количество энергии.

Теперь международная команда ученых решила эту проблему, заменив электричество чрезвычайно короткими световыми импульсами длительностью в одну триллионную долю секунды, сконцентрированными специальными антеннами на вершине магнита.

Этот новый метод является сверхбыстрым и настолько энергоэффективным, что температура магнита вообще не увеличивается.

В состав команды входят доктор Ростислав Михайловский из Университета Ланкастера, Стефан Шлаудерер, доктор Кристоф Ланге и профессор Руперт Хубер из Регенсбургского университета, профессор Алексей Кимел из Университета Радбау и профессор Анатолий Звездин из Российской академии наук.

Они продемонстрировали новый метод путем пульсации магнита сверхкороткими световыми вспышками (длительностью одна миллионная часть миллионной доли секунды) на частотах в дальнем инфракрасном диапазоне, так называемом терагерцовом спектральном диапазоне.

Однако даже самые сильные из существующих источников терагерцового света не давали достаточно сильных импульсов для переключения ориентации магнита на сегодняшний день. Прорыв был достигнут благодаря использованию эффективного механизма взаимодействия между спинами и терагерцовым электрическим полем, который был открыт той же командой исследователей.

Затем ученые разработали и изготовили очень маленькую антенну поверх магнита, чтобы сконцентрировать и тем самым усилить электрическое поле. Это сильнейшее локальное электрическое поле было достаточным для того, чтобы намагничивать магнит до его новой ориентации всего за одну триллионную секунды.

Температура магнита вообще не увеличивалась, так как для этого процесса требуется энергия только одного кванта терагерцового света — фотона — на спин. Рекордно низкие потери энергии делают этот подход масштабируемым.

Будущие запоминающие устройства также будут использовать превосходное пространственное определение антенных структур, обеспечивающее практическую магнитную память с одновременным максимальным энергопотреблением и скоростью.

Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1174-7 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1174-7