Schnelle Datenspeicherung mit Licht

16. Januar 2019, 12:39 Uhr
Künstlerische Impression des optischen Schaltens von Magnetbits. Ein Laserimpuls (rot) ändert die Richtung der Magnetisierung und bestimmt, ob er zu einer 0 oder einer 1 wird.
(Bild: TU Eindhoven).
Künstlerische Impression des optischen Schaltens von Magnetbits. Ein Laserimpuls (rot) ändert die Richtung der Magnetisierung und bestimmt, ob er zu einer 0 oder einer 1 wird.
(Bild: TU Eindhoven).
Licht ist die energieeffizienteste Art, Informationen zu versenden. Es ist aber nicht so einfach, Licht zu speichern. Deshalb verwenden Rechenzentren immer noch magnetische Festplatten, aber das Schreiben/Lesen von Informationen erfordert dabei viel Energie. Forscher des Institute of Photonic Integration der Technischen Universität Eindhoven präsentieren nun in der Zeitschrift Nature Communications eine „Hybridtechnik“, die die Vorteile von Licht und magnetischer Speicherung vereint. Dabei werden mit ultrakurzen Lichtimpulsen Daten schnell und sehr energieeffizient direkt in einen magnetischen Speicher geschrieben.

Magnetische Domänen

Die Daten werden auf einer Festplatte in Form von „Bits“ gespeichert, winzigen magnetischen Domänen (Weiss-Bezirke) mit Nord- und Südpol. Die Ausrichtung dieser Pole bestimmt, ob die Bits eine digitale 0 oder eine 1 repräsentieren. Das Schreiben von Daten erfolgt durch Umschalten der Magnetisierungsrichtung der entsprechenden Bits.

Synthetische Ferrimagnete

Normalerweise werden Domänen durch ein extern erzeugtes Magnetfeld umgeschaltet, das die Richtung der Pole entweder in die eine oder andere Richtung zwingt. Eine Alternative wäre die optische Umschaltung mit einem sehr kurzen, nur Femtosekunden währenden Laserimpuls. Den Forschern ist es gelungen, dieses optische Umschalten in sogenannten synthetischen Ferrimagneten zu realisieren – Materialien, die sich sehr gut für spintronische Anwendungen eignen, bei denen das magnetische Moment von Elektronen zur Informationsdarstellung genutzt wird. Dadurch konnte das Schreiben von Daten sehr energieeffizient und dazu auch noch sehr schnell vollzogen werden.

Daten schreiben on-the-fly

Der optische Speichervorgang wurde von den Forschern an einem sogenannten Racetrack-Speicher, einem Magnetdraht, durch den die Magnetbit-Daten von einem elektrischen Strom effizient transportiert werden, erprobt. In diesem System werden Magnetbits kontinuierlich mit Lichtimpulsen beschrieben und sogleich durch den elektrischen Strom entlang des Drahtes abtransportiert, so dass Platz die Speicherung neuer Daten in leeren Magnetbits geschaffen wird. Dieses direkte „On-the-fly“-Kopieren von Informationen durch Licht auf Racetrack-Speicher ohne elektronische Zwischenschritte ist natürlich viel schneller und energieeffizienter.
 
Beim On-the-fly-Schreiben von Daten in einen Racetrack-Speicher werden die magnetischen Bits (Einsen und Nullen) durch Laserpulse (roter Impuls links) beschrieben. Diese bewegen sich dann über den Racetrack (schwarze Pfeile). In Zukunft sollen die Daten auch optisch gelesen werden können (roter Impuls rechts).
Bild: TU Eindhoven.

Nanodrähte

Die Idee des Racetrack-Speichers ist nicht neu, sondern stammt aus der Frühzeit der Computertechnik (Stichwort Magnetdrahtspeicher). Die aktuellen Versuche wurden allerdings mit Mikrodrähten durchgeführt, die noch auf Nanogröße verkleinert werden sollen, um die Integration mit Computerchips zu ermöglichen. Die Forschungsgruppe Physics of Nanostructures erarbeitet auch ein optisches Leseverfahren von (magnetischen) Daten.

Quelle: TU Eindhoven
 
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