TU/e､光書き込み次世代光メモリデバイス

February, 1, 2019, Eindhoven--TU/eフォトニック集積研究所の研究チームは､光と磁気ハードディスク両方の利点を示す｢ハイブリッド技術｣を開発した｡超短(フェムト秒)光パルスによりデータは､高速かつエネルギー効率よく､磁気メモリに直接書き込まれる｡さらに､情報が書き込まれるとすぐに､新しいデータで埋まるようにメモリ領域を空にする｡この研究は､Nature Communicationsに発表された｡将来の光集積回路でデータ蓄積プロセスを変革する有望な研究成果である｡

データは､｢bits｣の形式でハードドライブに蓄積される｡N極とS極の微小磁気ドメイン､これらの極(磁化)の方向が､bitがデジタル0または1を含むかどうかを決める｡データの書き込みは､関連bitsの磁化方向を｢スイッチング｣することで達成される｡

合成フェリ磁性体
通常､スイッチングは､外部磁場が印可されると起こる｡磁場により､極の方向が上(1)か下(0)のいずれかになる｡代わりに､スイッチングには､レーザ短パルス(フェムト秒)を照射することで達成可能である｡これはオールオプティカルスイッチングと言われており､より効率的で遙かに高速のデータストレージが可能になる｡

｢データストレージのためのオールオプティカルスイッチングは､10年ほど前から知られている｡オールオプティカルスイッチングが､磁気メモリデバイスに最も有望な材料､フェリ磁性体材料で初めて観察されたとき､この研究分野は非常に強化された｡しかし､これらの材料における磁化スイッチングは､多重レーザパルスを必要とし､したがってデータ書き込みに時間がかかる｣とTU/e応用物理学部､Mark Lalieuは説明している｡

同氏は､フェムト秒レーザパルスを使い､合成フェリ磁性体で､オールオプティカルスイッチングを達成することができた｡これは､スピントロニックデータアプリケーションに最適の材料系である｡したがってデータ書き込みが高速であり､低エネルギー消費である｡

｢シングルパルスオールオプティカルスイッチングを利用する磁化方向スイッチングは､ピコ秒オーダーであり､今日の技術で可能なよりも100～1000倍高速である｡さらに､光情報は､エネルギーコストが高いエレクトロニクス不要で磁気bitに蓄積されるので､将来のPICsでの利用可能性は膨大である｣｡

即座にデータ書き込み
加えて､Lalieuは､オールオプティカルスイッチングと、いわゆるレーストラックメモリを組み合わせた｡レーストラックメモリは､磁気ワイヤであり､それを通して、データは磁気bits形式で、電流を使って効率的に転送される。このシステムでは、磁気bits、光を使って連続的に書き込まれ、磁気bitsを空にしてスペースを残し、新しいデータが書き込まれる。
　「これは、光と磁気レーストラック間で瞬時に情報がコピーされる。中間的な電子段階は不要である。この方法で、著しい高速化、低エネルギー消費が理解できよう」とKoopmansは話している。

この研究は、マイクロメートルワイヤで行われた。将来的には、チップへの集積を改善するために、より小さなナノメートルスケールのデバイス設計が必要なる。さらに、フォトニックメモリデバイスの最終的な集積に取り組むために、チームはデータ読み出しの研究に取り組んでいる。

(詳細は、https://assets.tue.nl)