超快激光脉冲可以提高数据存储能效真相究竟是什么？

加州大学戴维斯分校最近的一项发现是，通过使用超快激光脉冲来处理数据，可以实现更快、更高效的磁性硬盘驱动器。这些发现可以显着降低数据中心的能源消耗。

目前数据中心使用的硬盘驱动器虽然比许多商业设备使用的固态驱动器便宜得多，但速度要慢得多，并且消耗大量能量，因为它们在每次处理信息位时都使用磁场通过线圈传导热量。

加州大学戴维斯分校的研究工作试图测试某些多层铁磁体中的畴壁是否可以在超过10公里/秒的速度下保持稳定 - 科学家最近预测这种速度是可能的。

该团队研究了一种多层铁磁金属，其中包含条纹和迷宫状域 - 磁铁内从北极翻转到南极的区域，通常用于数据存储。研究人员将超短红外脉冲对准金属，诱导畴壁运动。几飞秒后，他们用超短紫外脉冲击中金属，将有关材料畴壁动力学的信息传达给探测器。

通过将检测到的信号与模拟进行比较，研究人员推断了两种域类型的动力学。他们发现，条纹域的壁大致保持静止，而迷宫状域的壁以高达66公里/秒的速度移动，而不会破坏稳定。

该峰值速度是材料中声速的 10 倍，明显高于科学理论预测的峰值，表明红外脉冲的能量转换为畴壁运动的能量比预期的要多得多。

“没有人认为可以这么快地移动这些墙，因为它们应该达到极限，”负责该项目数据分析的研究员Rahul Jangid说。“这听起来绝对是香蕉，但这是真的。”

Jangid和他的合作者，包括来自美国国家科学技术研究所，加州大学圣地亚哥分校，科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校和斯德哥尔摩大学的研究人员，使用位于意大利的里雅斯特的自由电子激光辐射进行多学科研究进行实验。

在FERMI，研究人员使用X射线来测量具有多层钴，铁和镍的纳米级磁铁被飞秒脉冲激发时发生的现象。与磁化淬灭相比，他们观察到衍射图案在明显不同的时间尺度上的超快畸变。衍射图失真显示出与激光通量的阈值依赖性，在磁化猝灭中没有看到，这与带有固定位点的畴壁运动图片一致。

基于激发铁磁层的超快激光脉冲引起的畴壁运动，该团队假设使用超快激光脉冲可以比使用基于磁场或自旋电流的现有数据存储方法快约1000倍。

在这项技术实际应用之前，需要克服一些挑战，例如目前可用的激光器消耗的大量功率。然而，Jangid认为，与CD使用激光存储信息以及CD播放器如何使用激光播放信息的过程相当，可能适用于数据中心存储。

研究人员计划进一步探索使畴壁速度超过先前已知极限的机制背后的物理学，以及畴壁运动的成像。

“我们想研究光磁相互作用的物理学，”Jangid说。“当你用非常短的激光脉冲击中磁畴时会发生什么?

“超快现象有很多方面，我们才刚刚开始了解。我渴望解决那些悬而未决的问题，这些问题可以开启低功耗自旋电子学、数据存储和信息处理的变革性进步。

该研究发布在《物理评论快报》上。