Новое изобретение международной группы ученых 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, передает ресурс Phys.org.
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 актуальна, что Microsoft даже погрузила в океан несколько сотен своих центров обработки данных, пытаясь обеспечить низкую температуру и защиту от перегрева, а также сократить расходы.
Сегодня 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.
Недавно, международная команда исследователей представила в журнале Nature решение этой проблемы, заменив электричество чрезвычайно короткими световыми импульсами длительностью в одну триллионную долю секунды, сконцентрированными специальными антеннами на вершине магнита.
Новый метод является сверхбыстрым и настолько энергоэффективным, что температура магнита вообще не увеличивается.
В состав команды входят доктор Ростислав Михайловский, ранее работавший в Университете Радбоу, а ныне Университет Ланкастера, Стефан Шлаудерер, доктор Кристоф Ланге и профессор Руперт Хубер из Регенсбургского университета, профессор Алексей Кимел из Университета Радбу и профессор Анатолий Звездин из Российской академии наук.
Они продемонстрировали новый метод задав пульсации магнита сверхкороткими световыми вспышками (длительностью одна миллионная часть миллионной доли секунды) на частотах в дальнем инфракрасном диапазоне, так называемом терагерцовом спектральном диапазоне.
До этого, даже самые сильные из существующих источников терагерцового света не давали достаточно сильных импульсов для переключения ориентации магнита (изменения его полюсности).
Прорыв был достигнут благодаря использованию эффективного механизма взаимодействия между спинами и терагерцовым электрическим полем, который так же был открыт этой командой.
Затем ученые разработали и изготовили очень маленькую антенну поверх магнита, чтобы сконцентрировать и тем самым усилить электрическое поле света. Это очень сильное 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.
Доктор Михайловский сказал: «Рекордно низкие потери энергии делают этот подход востребованным в практике. Будущие запоминающие устройства также будут использовать превосходное пространственное определение антенных структур, обеспечивающее практическую магнитную память с одновременным максимально экономным энергопотреблением и высокой скоростью».
Сейчас группа ученых планирует провести дальнейшие исследования с использованием нового сверхбыстрого лазера в университете Ланкастера вместе с ускорителями в институте Кокрофта, которые способны генерировать интенсивные световые импульсы, позволяющие переключать магниты и определять практические и фундаментальные пределы скорости и энергии магнитной записи.
