Onderzoekers van de Universiteit Eindhoven hebben een techniek ontwikkeld waarmee informatie beter opgeslagen én sneller verstuurd kan worden.

De onderzoekers hebben een methode ontwikkeld die de voordelen van licht en magnetische opslag combineert. Licht is de meest energie-efficiënte manier om informatie te verzenden, maar het is niet eenvoudig om licht op te slaan. Daarom gebruiken datacenters nu nog steeds magnetische harde schijven, maar daarmee kost het versturen van informatie veel energie.

Onderzoekers van het Institute of Photonic Integration aan de TU Eindhoven presenteren in het tijdschrift Nature Communications deze ‘hybride techniek’ die de voordelen van licht en magnetische opslag combineert. Met ultrakorte lichtpulsen is het mogelijk om gegevens zeer snel en zuinig in een magnetisch geheugen te schrijven. Volgens de onderzoekers belooft dit een revolutie in de gegevensopslag in toekomstige fotonische chips.

Bits schakelen
Gegevens worden op een harde schijf opgeslagen in de vorm van 'bits', minuscule magnetische domeinen met een noordpool en een zuidpool. De richting van deze polen ('magnetisatie') bepaalt of de bits een digitale 0 of een 1 bevatten. Het schrijven van de gegevens wordt bereikt door de richting van de magnetisatie van de bijbehorende bits 'om te schakelen'.

Normaliter vindt het schakelen plaats door een extern magnetisch veld aan te leggen, die de richting van de polen ofwel omhoog (1) of omlaag (0) dwingt. Een alternatief is om het schakelen optisch te doen, door gebruik te maken van een zeer korte (femtoseconde, een biljardste van een seconde) laserpuls. Hiermee kan de opslag van gegevens potentieel sneller en efficiënter gebeuren.

Zuinig en snel
“Optisch schakelen voor dataopslag is al ongeveer een decennium bekend”, zegt Mark Lalieu, promovendus bij de faculteit Technische Natuurkunde van de TU/e. Dat vereist met conventionele materialen echter meerdere laserpulsen en dus kost het schrijven teveel tijd en energie. Lalieu was in staat om, onder begeleiding van Reinoud Lavrijsen en hoogleraar Bert Koopmans, het optisch schakelen te realiseren in zogeheten synthetische ferrimagneten – materialen die zeer geschikt zijn voor spintronicatoepassingen.

Dit lukte met een enkele femtoseconde laserpuls, waardoor het schrijven van gegevens energiezuinig én snel gebeurt. Volgens Lalieu is deze manier van schakelen is zo’n 100 tot 1000 keer sneller. En omdat de optische informatie wordt opgeslagen in magnetische bits zonder dat hierbij energieverslindende elektronica nodig is, heeft dit enorme potentie voor toekomstig gebruik in fotonische computerchips.

Bovendien combineerde Lalieu het optisch schakelen met het zogenoemde racetrackgeheugen, een magnetische draad waar de gegevens, in de vorm van magnetische bits, efficiënt doorheen worden getransporteerd met behulp van een elektrische stroom. In dit systeem worden magnetische bits continu met licht opgeslagen en onmiddellijk langs de draad getransporteerd door de elektrische stroom, waardoor ruimte vrijkomt voor lege magnetische bits en dus nieuwe gegevens kunnen worden opgeslagen.

Koopmans: "Dit 'on the fly' kopiëren van informatie tussen licht en magnetische racebanen, zonder tussenliggende elektronische stappen, is als het heen en weer springen tussen twee rijdende hogesnelheidstreinen, in plaats van dat je moet overstappen op een station. Je kunt je voorstellen hoeveel sneller en energiezuiniger dat is.”