«Наши изображения позволяют нам наблюдать в реальном времени, как именно развивается намагниченность», — объясняет Вессельс из исследовательской группы профессора Маркуса Дрешера из Гамбургского центра сверхбыстрой визуализации (CUI). «Впервые мы можем подробно наблюдать переключение этих магнитных ячеек». Для своего исследования исследователи выбрали ячейку памяти из сплава никеля и железа, которая может быть намагничена менее чем за миллиардную долю секунды.Их изготовленный на заказ рентгеновский микроскоп, разработанный совместно с группой, возглавляемой профессором Томасом Вильхейном из Университета прикладных наук Кобленца, позволяет ученым наблюдать, как стирается ячейка памяти, а затем в нее записываются новые данные. Короткие импульсы рентгеновского излучения, производимые источником синхротронного излучения DESY PETRA III, дают изображениям временное разрешение 0,2 миллиардных долей секунды (200 пикосекунд).
Степень намагничивания можно измерить по степени поглощения поляризованного рентгеновского излучения различными участками образца. Рентгеновский микроскоп способен различать мельчайшие детали, вплоть до 60 миллионных долей миллиметра (60 нанометров).В своем эксперименте ученые использовали крошечные квадраты из никель-железного сплава, каждая сторона которых составляла две тысячных миллиметра (2 микрометра) в длину.
Каждая из ячеек памяти имеет четыре магнитных области, так называемые домены, магнитное поле которых изменяется либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. Отдельные магнитные домены имеют треугольную форму, их вершины встречаются в центре ячейки для хранения, образуя ядро магнитного вихря в центре ячейки.
Когда содержимое ячейки памяти стирается внешним магнитным полем, ядро магнитного вихря вытесняется из ячейки. «В нашем эксперименте мы впервые смогли измерить скорость, с которой ядра вихря выталкиваются из материала», — объясняет соавтор доктор Йенс Вифхаус, ответственный за канал P04, на котором проводились эксперименты. были проведены. Оказывается, ядро выталкивается из ячейки памяти со скоростью более 3600 километров в час. «Поскольку этот процесс воспроизводится, мы смогли надежно измерить скорость», — отмечает ученый-исследователь CUI и доцент доктор Гвидо Мейер. «Чтобы провести эти измерения, нам пришлось использовать очень интенсивные и стабильные импульсы магнитного возбуждения».
Внешнее магнитное поле переводит всю ячейку памяти в состояние однородной намагниченности. После выключения поля ячейка снова образует четыре магнитных домена с центральным вихрем, направление которого зависит от направления приложенного магнитного поля; другими словами, в ячейку записываются новые данные. Однако процесс сложный. «Четырехдоменное состояние развивается по сложной зигзагообразной схеме, и мы впервые смогли« вживую »наблюдать, как это состояние формировалось», — сообщает Весселс. Наблюдаемое поведение хорошо согласуется с результатами моделирования.
Благодаря сверхзамедленной съемке теперь можно более подробно рассмотреть высокоскоростную динамику процесса.«Тот же метод можно использовать для изучения динамики любых других магнитных материалов», — отмечает Весселс. «Наши эксперименты могут помочь нам понять, насколько быстро данные в принципе могут быть записаны на магнитный носитель информации, закодированные в виде доменов».Эти исследования имеют большое практическое значение для технологии хранения данных. «Несмотря на то, что в наши дни ноутбуки и другие мобильные устройства все чаще используют немагнитные технологии хранения, такие как флэш-память, цена на магнитные устройства хранения данных означает, что их невозможно заменить, когда речь идет о хранении больших объемов данных», — говорит он. Wessels. «Текущая тенденция заключается в хранении данных в облаке, а облако является магнитным».
Лучшее понимание динамики намагничивания может привести к созданию более быстрых и лучших носителей информации.В исследовании участвовали Гамбургский университет, Университет прикладных наук Кобленца, Институт структуры и динамики материи Макса Планка и DESY. Мобильный рентгеновский микроскоп был разработан совместно Гамбургским университетом и Университетом прикладных наук Кобленца и спонсирован Министерством исследований Германии за счет средств для совместных исследований.
Кластер передового опыта CUI включает Гамбургский университет, DESY, Институт структуры и динамики материи Макса Планка, европейский рентгеновский лазер European XFEL и Европейскую лабораторию молекулярной биологии (EMBL).Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY — ведущий немецкий ускорительный центр и один из ведущих в мире.
DESY является членом Ассоциации Гельмгольца и получает финансирование от Федерального министерства образования и исследований Германии (BMBF) (90 процентов) и федеральных земель Германии Гамбург и Бранденбург (10 процентов). В своих офисах в Гамбурге и Цойтене недалеко от Берлина DESY разрабатывает, строит и эксплуатирует большие ускорители элементарных частиц и использует их для исследования структуры материи.
DESY предлагает уникальное сочетание науки о фотонах и физики элементарных частиц для Европы.