Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի ինժեներները մշակել են թվային տեղեկատվությունը մագնիսական դաշտերի փոխարեն լույսի միջոցով գրանցելու եղանակ։ Եթե տեխնոլոգիան կիրառվի սարքերում, այն կարող է ապահովել ավելի մեծ խտությամբ և էներգաարդյունավետ հիշողություն։ Հետազոտության արդյունքները հրապարակվել են Nature Communications ամսագրում։

Լույսը կարող է փոխարինել մագնիսական դաշտին

Կոշտ սկավառակներում և տեղեկատվության պահպանման այլ սարքերում թվային տվյալները կոդավորվում են նյութի փոքր տեղամասերի մագնիսական վիճակներով, որոնք համապատասխանում են զրոներին և մեկերին։ Այդ վիճակները փոխարկելու համար սովորաբար օգտագործվում է արտաքին մագնիսական դաշտ։ Նոր մոտեցումը ենթադրում է լույսի կիրառում՝ նյութի մագնիսացումը փոխելու համար։

Հետազոտողների գնահատմամբ՝ օպտիկական փոխարկումը կարող է ավելի քան հազար անգամ արագ լինել արտաքին մագնիսական դաշտի օգտագործման վրա հիմնված մեթոդներից։ Բացի այդ, նյութի չափազանց փոքր տեղամասերի վրա ազդելու հնարավորությունը կարող է մեծացնել գրանցման խտությունը՝ թույլ տալով ավելի փոքր մակերեսի վրա ավելի շատ տեղեկատվություն պահել։ Սակայն այս առավելություններն առայժմ դիտարկվում են որպես տեխնոլոգիայի ներուժ, այլ ոչ թե պատրաստի հիշողության սարքի բնութագրեր։

Հատուկ ձևավորված լույսը վերացնում է նախկին սահմանափակումները

Նախկինում օպտիկական փոխարկումը հաջողվել էր ցուցադրել միայն շատ բարակ մագնիսական կառուցվածքներում, որոնք բաղկացած էին առավելագույնը երեք շերտից։ Բացի այդ, էֆեկտին հասնելու համար պահանջվում էր որոշակի բևեռացմամբ լույս։ Նյութի հաստության մեծացման դեպքում փոխարկումը ճնշվում էր, ինչը սահմանափակում էր մեթոդի կիրառման հնարավորությունները։

Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի Ջեյքոբսի ինժեներական դպրոցի պրոֆեսոր Աբդուլայ Նդաոյի ղեկավարած թիմը լուծել է այս խնդիրը՝ փոխելով ոչ թե բուն նյութը, այլ լուսային փնջի բնութագրերը։ Հատուկ օպտիկական համակարգի օգնությամբ հետազոտողները ձևավորել և գերկարճ իմպուլսներով լազերի իմպուլսները կենտրոնացրել են մակերևույթի չափազանց փոքր տեղամասի վրա։

Փորձերի ընթացքում նրանց հաջողվել է փոխարկել պլատինի և կոբալտի ինը հերթագայվող շերտերից բաղկացած կառուցվածքի մագնիսական վիճակը։ Պարզվել է նաև, որ դրա համար այլևս չի պահանջվում լույսի որոշակի բևեռացում։

«Օպտիկական փոխարկումը հնարավոր դարձնող նոր նյութ մշակելու փոխարեն մենք փոխեցինք հենց լույսը և ցուցադրեցինք հատկություններ, որոնք նախկինում անհնար էին համարվում», — նշել է Նդաոն։

Ինչպես է լազերը գրանցում մագնիսական տեղեկատվությունը

Մեթոդը հիմնված է նյութի միևնույն տիրույթի վրա մի քանի գերկարճ լազերային իմպուլսների ներգործության վրա։ Առաջին իմպուլսները տաքացնում են փոքր տեղամասը՝ ստեղծելով մագնիսացման փոփոխված ուղղությամբ տիրույթ։ Հաջորդ իմպուլսներն աստիճանաբար ընդլայնում են այն, մինչև նոր մագնիսական վիճակը դառնում է կայուն։

Այսպիսով, լույսը թույլ է տալիս կառավարել մագնիսական վիճակներն առանց արտաքին մագնիսական դաշտի։ Ընդ որում, այն տիրույթի չափը, որի վրա ազդում է փունջը, սկզբունքային նշանակություն ունի գրանցման հնարավոր խտության համար։

«Որքան փոքր է լուսային փնջի չափը, այնքան փոքր և խիտ կարող է լինել օպտիկական հիշողությունը», — պարզաբանել է Նդաոն։

Հետազոտությունը համախմբել է օպտիկայի և մագնիսական նյութերի մասնագետների։ Աշխատանքի առաջին հեղինակ, ասպիրանտ Մուհամմադ Վալիդ Խալիդը նշել է, որ անսովոր արդյունքները ստիպված են եղել բազմիցս ստուգել՝ էֆեկտի վերարտադրելիությունը հաստատելու համար։

Ինչն է խոչընդոտում տեխնոլոգիայի ներդրմանը

Մինչև այս սկզբունքն օգտագործող տվյալների պահպանման սարքերի ի հայտ գալը անհրաժեշտ է լուծել մի քանի տեխնիկական խնդիր։ Դրանցից գլխավորը մասնագիտացված՝ գերկարճ իմպուլսներով լազերի ինտեգրումն է էլեկտրոնային համակարգերում։ Օգտագործվող սարքավորումն առայժմ դժվար է անմիջապես ներդնել համակարգչային միկրոսխեմաներում։ Ուստի գիտնականները նաև ուսումնասիրում են այնպիսի մագնիսական նյութերի կիրառման հնարավորությունը, որոնցում նման էֆեկտի հնարավոր կլինի հասնել ավելի կոմպակտ և ինտեգրման համար հարմար լազերների միջոցով։

Աշխատանքի ևս մեկ ուղղություն է լուսային փնջի հետագա փոքրացումը՝ մինչև մի քանի հարյուր նանոմետր։ Դրա համար հետազոտողները դիտարկում են օպտիկական կառուցվածքներ, որոնք կարող են լույսը կենտրոնացնել էլ ավելի փոքր տարածքում։ Եթե հաջողվի լուծել այս խնդիրները, մշակումը կարող է հիմք դառնալ թվային տեղեկատվության ավելի խիտ գրանցման և մագնիսական հիշողության հետ գործողությունների արագացման համար։ Սակայն առայժմ հետազոտողները լաբորատոր պայմաններում ցուցադրել են միայն ֆիզիկական սկզբունքը։ Դրա գործնական արդյունավետությունը, պատրաստի սարքի կազմում էներգասպառումը և զանգվածային արտադրության հնարավորությունը դեռևս ստուգման կարիք ունեն։