Đột phá lớn cho các thiết bị lưu trữ dữ liệu Spintronic tốc độ cao và hiệu quả

Tán xạ từ tính cực nhanh trên các hạt sắt từ được kích hoạt bởi nguồn tia x mềm dựa trên Yb sáng, tạo nên lớp vỏ của Optica. Tín dụng: Ella Maru Studio

Các nhà nghiên cứu của INRS và các đối tác quốc tế đã thành công trong việc quan sát spin bên trong vật liệu đất hiếm, sử dụng kính hiển vi tia X mềm siêu nhanh đặt trên mặt bàn, lần đầu tiên.

Mạng phức tạp của hệ thống được yêu cầu để chia sẻ thông tin thời gian thực. Chuyển đổi từ hóa, hay spin điện tử, của vật liệu từ tính bằng xung laser femto giây cực ngắn là một chiến lược đầy hứa hẹn để tăng tốc các thiết bị lưu trữ dữ liệu. Tuy nhiên, vòng quay phát triển như thế nào trong thế giới nano trên quy mô thời gian cực ngắn, chẳng hạn như một phần triệu của một phần tỷ giây, vẫn còn là điều bí ẩn. Với sự hợp tác của TU Wien, Áo, cơ sở đồng bộ hóa quốc gia Pháp (SOLEIL) và các đối tác quốc tế khác, nhóm của Giáo sư François Légaré tại Institut national de la recherche scientifique (INRS) đã tạo ra một bước đột phá đáng kể trong lĩnh vực này. Vào ngày 6 tháng 4 năm 2022, nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Optica .

Cho đến nay, các nghiên cứu về chủ đề này chủ yếu dựa vào các phương tiện tia X lớn có khả năng tiếp cận hạn chế như laze điện tử tự do và synctron. Nhóm nghiên cứu lần đầu tiên chứng minh một kính hiển vi tia X mềm siêu nhanh đặt trên bàn để phân giải theo không gian-thời gian động lực quay bên trong các vật liệu đất hiếm, vốn có triển vọng cho các thiết bị điện tử.

Nguồn tia X mềm mới này dựa trên tia laser Ytterbium năng lượng cao thể hiện một bước tiến quan trọng trong việc nghiên cứu các thiết bị điện tử tốc độ cao và tiết kiệm năng lượng trong tương lai và có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong vật lý, sinh học và hóa học.

“Cách tiếp cận của chúng tôi cung cấp một giải pháp thanh lịch mạnh mẽ, tiết kiệm chi phí và khả năng mở rộng năng lượng cho nhiều phòng thí nghiệm. Nó cho phép nghiên cứu động lực học cực nhanh trong cấu trúc kích thước nano và trung bình với độ phân giải thời gian nanomet và thời gian femto giây, cũng như với tính đặc trưng của phần tử, ”Giáo sư Andrius Baltuska, tại TU Wien cho biết.

Xung tia X sáng để xem vòng quay

Với nguồn photon tia X sáng này, một loạt hình ảnh chụp nhanh của các cấu trúc từ trường đất hiếm kích thước nano đã được ghi lại. Chúng cho thấy rõ ràng quá trình khử từ nhanh, và kết quả cung cấp thông tin phong phú về các đặc tính từ tính chính xác như những gì thu được bằng cách sử dụng phương tiện X-quang quy mô lớn.

“Việc phát triển các nguồn tia X siêu nhanh trên mặt bàn rất thú vị đối với các ứng dụng công nghệ tiên tiến và các lĩnh vực khoa học hiện đại. Chúng tôi rất vui mừng về kết quả của mình, điều này có thể giúp ích cho các nghiên cứu trong tương lai về spintronics, cũng như các lĩnh vực tiềm năng khác, ”nhà nghiên cứu sau tiến sĩ của INRS, Tiến sĩ Guangyu Fan, cho biết.

“Các hệ thống đất hiếm đang thịnh hành trong cộng đồng vì kích thước nanomet, tốc độ nhanh hơn và sự ổn định được bảo vệ về mặt cấu trúc liên kết. Nguồn tia X rất hấp dẫn đối với nhiều nghiên cứu về các thiết bị spintronic trong tương lai được cấu tạo từ đất hiếm. ” Nicolas Jaouen, nhà khoa học cấp cao tại cơ sở synctron quốc gia Pháp, cho biết.

Giáo sư Légaré nhấn mạnh sự hợp tác giữa các chuyên gia trong việc phát triển các nguồn sáng hiện đại và động lực học siêu nhanh trong các vật liệu từ tính ở quy mô nano. “Xét đến sự xuất hiện nhanh chóng của công nghệ laser Ytterbium công suất cao, công trình này thể hiện tiềm năng to lớn đối với các nguồn tia X mềm hiệu suất cao. Ông nói, thế hệ laser mới này sẽ sớm ra mắt tại Nguồn sáng Laser tiên tiến (ALLS), sẽ có nhiều ứng dụng trong tương lai cho các lĩnh vực vật lý, hóa học và thậm chí cả sinh học.

Tài liệu tham khảo: “Tán xạ từ cực nhanh trên sắt từ được kích hoạt bởi nguồn tia X mềm dựa trên Yb sáng” của G. Fan, K. Légaré, V. Cardin, X. Xie, R. Safaei, E. Kaksis, G. Andriukaitis, A. Pugžlys, BE Schmidt, JP Wolf, M. Hehn, G. Malinowski, B. Vodungbo, E. Jal, J. Lüning, N. Jaouen, G. Giovannetti, F. Calegari, Z. Tao, A. Baltuška, F. Légaré và T. Balčiūnas, ngày 6 tháng 4 năm 2022, Optica .
DOI: 10.1364 / OPTICA.443440

Nghiên cứu đã nhận được sự hỗ trợ về mặt xã hội từ Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Kỹ thuật của Canada, Fonds de recherche du Québec – Nature et technology (FRQNT) và PRIMA Québec, cùng những người khác. Phòng thí nghiệm ALLS cũng được hưởng lợi từ khoản đầu tư từ Quỹ Đổi mới Sáng tạo Canada (CFI).

Giới thiệu về INRS

INRS là một trường đại học dành riêng cho nghiên cứu và đào tạo trình độ sau đại học. Kể từ khi thành lập vào năm 1969, INRS đã đóng một vai trò tích cực trong sự phát triển kinh tế, xã hội và văn hóa của Québec và được xếp hạng đầu tiên về cường độ nghiên cứu ở Québec. INRS bao gồm bốn trung tâm nghiên cứu và đào tạo liên ngành ở Thành phố Québec, Montréal, Laval và Varennes, với chuyên môn trong các lĩnh vực chiến lược: Eau Terre Environnement, Énergie Matériaux Télécommunications, Urbanization Culture Société và Armand-Frappier Santé Biotechnologie. Cộng đồng INRS bao gồm hơn 1.500 sinh viên, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, giảng viên và nhân viên.

Theo Scitechdaily