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科学家利用光脉冲发明的无能量超高速计算
发布时间:2019-06-03 09:12:20 阅读:104

来源:兰卡斯特大学 (Lancaster University);电子科技大学红外毫米波与太赫兹研究院 刘洋 编译

通过使用超短的光脉冲可以非常经济地将磁铁从一个稳定的方向(红色箭头)切换到另一个方向(白色箭头)。这一概念使信息存储速度极快,具有前所未有的能效。图片来源:© Brad Baxley (parttowhole.com)

    科学家们发明了用光脉冲代替电脉冲的超高速数据处理技术。

    本发明使用磁铁来记录计算机数据,几乎零消耗能量,解决了如何在不伴随高能量成本的情况下创造更快的数据处理速度的难题。

    当今的数据中心服务器消耗全球2%到5%的电力,数据存储过程中产生的热量反过来需要更多的电力来冷却服务器。

    这个能源消耗问题相当严重,微软甚至将数百个数据中心服务沉入大海,试图让它们保持凉爽并降低成本。

    大多数数据是通过磁性硬盘驱动器中称为自旋的微小磁铁的方向编码为二进制信息(分别为0或1)。磁读/写头用于利用耗散大量能量的电流来设置或检索信息。

    现在,一个国际研究小组已解决了这个问题并将解决方案发表在《自然》杂志上,他们用极短的光脉冲代替电脉冲,光脉冲的持续时间为皮秒,由磁铁顶部的特殊天线集中。

    这种新方案速度快,而且效率高,并且磁铁的温度几乎不会升高。

    该科研小组成员包括:曾供职于荷兰拉德堡大学、现为英国兰卡斯特大学的罗斯蒂斯拉夫•米哈耶洛夫斯基博士,斯特凡•施劳德雷尔,克里斯托夫•兰格博士和德国雷根斯堡大学的鲁伯特•胡伯教授,拉德堡大学的亚历克赛•金梅尔教授以及俄罗斯科学院的安纳托利•茨韦兹丁教授。

    他们用超短光脉冲(持续时间为皮秒)在远红外线(太赫兹光谱范围)频率下对磁铁进行脉冲,从而证明了这一新方法。

    然而,即使是目前最强的太赫兹光源也无法提供足够强的脉冲来改变磁铁的方向。

    这一突破是利用该团队发现的自旋与太赫兹电场耦合的有效相互作用机制来实现的。

    科学家们随后在磁铁的顶部开发并制造了一个非常小的天线来集中并增强光的电场。这种超强的局部电场足以使磁铁在皮秒时间内磁化到新的方向。

    磁铁的温度几乎没有升高,因为这个过程只需要太赫兹光的一个量子能量——每个自旋一个光子。

    米哈伊洛夫斯基博士说:“创记录的低功耗使这种方法具有推广性。未来的存储设备还将利用天线结构的良好空间定义,使实际的磁存储器同时具有最高的能源效率和速度。”

    他计划利用兰卡斯特大学的新型超快激光器和科克罗夫特研究所的加速器进行进一步的研究,这种加速器能够产生强烈的光脉冲,从而允许开关磁铁,并确定磁记录的实际、基本速度和能量极限。

 
 

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