նախընտրելի դարձնել
Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի ինժեներները մշակել են լույսի միջոցով նյութերի մագնիսական վիճակները կառավարելու եղանակ։ Հեռանկարում այս տեխնոլոգիան թույլ կտա ստեղծել տվյալների պահպանման ավելի արագ, ավելի կոմպակտ և ավելի էներգաարդյունավետ սարքեր։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nature Communications ամսագրում։
Ժամանակակից կոշտ սկավառակները և այլ մագնիսական պահպանման համակարգեր տեղեկատվությունը գրանցում են նյութի շատ փոքր հատվածների միջոցով, որոնք ներկայացնում են զրոներն ու մեկերը։ Նոր տվյալներ գրանցելու համար սովորաբար անհրաժեշտ է դրանց վրա ազդել արտաքին մագնիսական դաշտով՝ փոխելով մագնիսացման ուղղությունը։ Այս գործընթացը պահանջում է էներգիա և սահմանափակում է գրանցման արագությունը։
Այլընտրանքային մոտեցումը, որն ուսումնասիրում են ամերիկացի հետազոտողները, հիմնված է օպտիկական փոխարկման վրա՝ լույսի միջոցով նյութի մագնիսական վիճակի փոփոխության։ Գիտնականների գնահատմամբ՝ նման մեթոդը պոտենցիալ կարող է ապահովել գրանցման ավելի քան հազար անգամ բարձր արագություն, քան արտաքին մագնիսական դաշտի օգտագործմամբ ավանդական մեթոդները, հայտնում է sciencedaily.com։
Ինչպես է լազերը օգնում գրանցել տեղեկատվությունը
Մագնիսական վիճակները կառավարելու համար թիմը օգտագործել է մասնագիտացված գերարագ լազեր և փոխել դրա ճառագայթի ձևն ու չափը։ Արդյունքում հետազոտողներին հաջողվել է ստանալ նախորդ փորձերի համեմատ էապես ավելի կոմպակտ լուսային փունջ։
Որքան փոքր է լազերի ազդեցության գոտին, այնքան ավելի փոքր մագնիսական հատվածներ կարելի է օգտագործել տեղեկատվության պահպանման համար։ Սա պոտենցիալ թույլ կտա մեծացնել գրանցման խտությունը և նույն մակերեսի վրա տեղավորել ավելի շատ տվյալներ։
«Որքան փոքր է ճառագայթի չափը, այնքան ավելի փոքր և խիտ կարող է լինել օպտիկական հիշողությունը», — բացատրել է հետազոտության ղեկավար Աբդուլայե Նդաոն՝ Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի Ջեյքոբսի ինժեներական դպրոցի էլեկտրատեխնիկայի և հաշվարկային տեխնիկայի ամբիոնի պրոֆեսորը։
Մինչ այժմ օպտիկական փոխարկումն ուներ երկու էական սահմանափակում։ Նախ՝ նախորդ փորձերում էֆեկտը հաջողվել էր ստանալ միայն շատ բարակ մագնիսական կառուցվածքներում, որոնք կազմված էին առավելագույնը երեք շերտից։ Երկրորդ՝ փոխարկման համար անհրաժեշտ էր որոշակի բևեռացմամբ լույս՝ էլեկտրամագնիսական տատանումների նախապես տրված կողմնորոշմամբ։
Հաստության սահմանափակումը հատկապես կարևոր է տվյալների պահպանման սարքերի համար․ ավելի հաստ մագնիսական կառուցվածքները կարող են ավելի լավ պահել գրանցված տեղեկատվությունը երկար ժամանակ։
«Ավելի վաղ փորձերը ցույց էին տալիս, որ նյութի հաստության ավելացումը երեք շերտից ավելի ճնշում է օպտիկական փոխարկումը։ Սա սահմանափակում էր մագնիսական նյութի ընդհանուր հաստությունը և, հետևաբար, դրա՝ տեղեկատվությունը երկար պահպանելու կարողությունը», — նշել է Նդաոն։
Երեքի փոխարեն՝ ինը շերտ
Փոխելով լազերային ճառագայթի ձևն ու չափը՝ հետազոտողները կարողացել են հաղթահարել երկու սահմանափակումներն էլ։ Նրանց հաջողվել է ցուցադրել օպտիկական փոխարկում պլատինի և կոբալտի ինը հերթագայող շերտերից կազմված կառուցվածքում։ Բացի այդ, էֆեկտը դիտվել է առանց որոշակի բևեռացմամբ լույս օգտագործելու անհրաժեշտության։
«Մենք փոխեցինք հենց լույսի հատկությունները, որպեսզի ազդենք նյութում միկրո- և նանոմասշտաբում ընթացող ֆիզիկական գործընթացների վրա», — պատմել է աշխատանքի առաջին հեղինակ Մուհամմադ Վալիդ Խալիդը՝ էլեկտրատեխնիկայի և հաշվարկային տեխնիկայի ամբիոնի ասպիրանտ, որը աշխատում է Նդաոյի հետազոտական խմբում։
Մեթոդը հիմնված է գերկարճ լազերային իմպուլսների հաջորդականության վրա։ Առաջին իմպուլսները կարճ ժամանակով տաքացնում են մագնիսական նյութի փոքր հատվածը՝ ստիպելով նրան փոխել մագնիսացման ուղղությունը։ Հաջորդող իմպուլսները աստիճանաբար ընդլայնում են փոփոխված մագնիսական վիճակով գոտին, մինչև այն դառնում է կայուն։
Այսպիսով, գիտնականները կարողացել են ճշգրիտ ձևավորված լուսային փնջի միջոցով կառավարել նյութի մագնիսական հատկությունները՝ հասնելով արդյունքի, որն անհասանելի էր սովորական լազերային ճառագայթներ օգտագործելիս։
«Մասնագիտացված լազերը մեզ թույլ տվեց ձևավորել ճառագայթ՝ նախապես տրված չափով և ձևով։ Սա հնարավորություն տվեց ուսումնասիրել հիմնարար ֆիզիկական գործընթացներ, որոնք հնարավոր չէ հետազոտել սովորական լազերների միջոցով», — պարզաբանել է Խալիդը։
Ինչու գիտնականներին ստիպված եղավ բազմիցս կրկնել փորձերը
Արդյունքները այնքան անսպասելի էին, որ հետազոտողներին հեշտ չէր գիտական հանրությանը համոզել դրանց հավաստիության մեջ։ Էֆեկտները հակասում էին նախորդ փորձերի հիման վրա ձևավորված պատկերացումներին, ուստի թիմը ստիպված եղավ բազմիցս կրկնել չափումները և ստուգել ստացված տվյալները։
«Դիտարկվող էֆեկտներն այնքան նոր ու անսովոր էին, որ մեզ համար դժվար էր գործընկերներին համոզել, որ սա պատահական արդյունք չէ։ Մենք շատ ժամանակ և ջանք ենք ծախսել փորձերը կրկնելու և ստուգելու վրա, որպեսզի հաստատենք մեր եզրակացությունները», — պատմել է Խալիդը։
Կարևոր դեր է խաղացել օպտիկայի և մագնիսական նյութերի մասնագետների համագործակցությունը։ Նդաոյի թիմը միավորվել է Էրիկ Ֆուլերթոնի հետ՝ բարակ թաղանթային մագնիսական կառուցվածքների փորձագետ և Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի պրոֆեսոր։
Նոր նյութ մշակելու փոխարեն, որն ունենար անսովոր մագնիսական հատկություններ, գիտնականները կենտրոնացել են այլ մոտեցման վրա՝ փոխել հենց լույսը, որն ազդում է արդեն գոյություն ունեցող նյութի վրա։
«Օպտիկական փոխարկման համար նոր նյութ ստեղծելու փոխարեն մենք փոխեցինք լույսը և ցուցադրեցինք հատկություններ, որոնք նախկինում համարվում էին անհնար», — նշել է Նդաոն։
Ինչն է խանգարում տեխնոլոգիան ներդնել համակարգիչներում
Չնայած խոստումնալից արդյունքներին՝ այս տեխնոլոգիայի հիման վրա գործնական սարքերի ստեղծումը դեռ հեռու է։ Գլխավոր խնդիրներից մեկը մասնագիտացված գերարագ լազերի օգտագործման անհրաժեշտությունն է, որը դեռևս դժվար է անմիջապես ինտեգրել համակարգչային չիպերի մեջ։
Հետևաբար հետազոտողները փնտրում են նյութեր, որոնք ունակ կլինեն ապահովել նմանատիպ էֆեկտ՝ օգտագործելով էլեկտրոնային սարքավորումների համար ավելի հարմար լազերային համակարգեր։
Աշխատանքի ևս մեկ ուղղություն է լուսային փնջի չափի հետագա փոքրացումը։ Թիմը ծրագրում է այն հասցնել մի քանի հարյուր նանոմետրի՝ ուսումնասիրելով օպտիկական կառուցվածքներ, որոնք ունակ են լույսը կենտրոնացնել ավելի ու ավելի փոքր մակերեսի վրա։
Եթե այս ինժեներական խնդիրները հաջողվի լուծել, օպտիկական փոխարկումը կարող է հիմք դառնալ հիշողության նոր սարքերի համար՝ տվյալների պահպանման բարձր խտությամբ և զգալիորեն ավելի արագ գրանցմամբ։
Սակայն առայժմ խոսքը ֆիզիկական սկզբունքի փորձարարական ցուցադրման մասին է, ոչ թե սպառողական էլեկտրոնիկայի համար պատրաստ տեխնոլոգիայի։ Դեռ պետք է պարզել, թե արդյոք հնարավոր կլինի լաբորատոր փորձերի արդյունքները տեղափոխել կոմպակտ, հուսալի և տնտեսող սարքերի մեջ։
