«Наши изображения позволяют нам наблюдать в режиме реального времени, как точно намагничивание развивается», объясняет Весселс от исследовательской группы профессора Маркуса Дрешера в Гамбургском Центре Сверхбыстрого Отображения (CUI). «Впервые, мы можем наблюдать переключение этих магнитных клеток подробно». Для их расследования исследователи выбрали клетку памяти, сделанную из сплава никеля и железа, которое может быть намагничено в меньше чем одной миллиардной секунды.Их сделанный на заказ микроскоп рентгена, разработанный в сотрудничестве с группой, возглавляемой профессором Томасом Вилхейном в Кобленцском Университете прикладных наук, позволяет ученым наблюдать стираемую клетку памяти и затем пишущие новые данные в него.
Короткие импульсы рентгена, произведенного радиационным источником синхротрона DESY ПЕТРА III, дают изображениям временное разрешение 0,2 миллиардных частей секунды (200 пикосекунд). Степень намагничивания может быть измерена через степень, до которой поляризованная радиация рентгена поглощена различными областями образца.
Микроскоп рентгена в состоянии отличить мелкие подробности, вниз к 60 миллионным частям миллиметра (60 нанометров).В их эксперименте ученые использовали крошечные площади сплава железа никеля, каждая сторона которого составляла две тысячных части миллиметра (2 микрометра) долго. У каждой из клеток памяти есть четыре магнитных региона, так называемые области, магнитное поле которых варьируется или по по часовой стрелке или против часовой стрелки направление. Отдельные магнитные области треугольные, с их вершинами, встречающимися в центре ячейки памяти, производя магнитное ядро вихря в центре клетки.
Когда содержание клетки памяти стерто внешним магнитным полем, магнитное ядро вихря изгнано из клетки. «В нашем эксперименте мы впервые смогли измерить скорость, на которой ядра вихря удалены из материала», объясняет соавтор доктор Йенс Фифхаус, который отвечает за beamline P04, на котором проводились эксперименты. Оказывается, что ядро выдвинуто из клетки памяти на уровне более чем 3 600 километров в час. «Поскольку этот процесс восстанавливаем, мы смогли сделать надежное измерение скорости», указывают исследователь CUI и адъюнкт-профессор доктор Гидо Мейер. «Чтобы сделать эти измерения, мы должны были использовать очень интенсивные и стабильные магнитные импульсы возбуждения».Внешнее магнитное поле вызывает всю клетку памяти в состояние однородного намагничивания.
Как только область выключена, клетка еще раз формирует четыре магнитных области с центральным вихрем – чье направление зависит от того из прикладного магнитного поля; другими словами, новые данные написаны клетке. Процесс сложен, как бы то ни было. «Государство с четырьмя областями развивается через сложный зигзагообразный образец, и впервые мы смогли смотреть в прямом эфире, поскольку это государство было сформировано», сообщает Весселс. Наблюдаемое поведение находится в хорошем соглашении с результатами моделирований.
Благодаря фильму суперзамедленного движения быстродействующая динамика процесса может теперь быть рассмотрена более подробно.«Тот же самый метод может использоваться, чтобы изучить динамику любых других магнитных материалов», отмечает Весселс. «Наши эксперименты могут помочь нам понять, как быстро данные могут, в принципе, быть написаны магнитному носителю данных, закодированному в форме областей».
Эти расследования имеют значительные практические последствия для технологии хранения данных. «Хотя ноутбуки и другие мобильные устройства в эти дни все больше и больше используют антимагнитные технологии хранения, такие как флэш-память, цена магнитных устройств хранения данных означает, что нет никакой замены для них когда дело доходит до хранения больших объемов данных», говорит Весселс. «Современная тенденция находится к тому, чтобы хранить данные в облаке – и облако магнитное». Лучшее понимание динамики намагничивания может привести к быстрее и лучшие носители данных.
Университет Гамбурга, Кобленцский Университет прикладных наук, Институт Макса Планка Структуры и Динамики Вопроса и DESY были все вовлечены в исследование. Мобильный микроскоп рентгена совместно разрабатывался Университетом Гамбурга и Кобленцским Университетом прикладных наук, и спонсировался немецким министерством фондов использования исследования для совместного исследования.
Группа превосходства CUI включает Университет Гамбурга, DESY, Института Макса Планка Структуры и Динамики Вопроса, европейский лазер рентгена европейский XFEL и европейская Лаборатория для Молекулярной биологии (EMBL).Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY – ведущий немецкий центр акселератора и одно из продвижения в мире. DESY – член Ассоциации Гельмгольца и получает ее финансирование из немецкого Федерального министерства Образования и Исследования (BMBF) (90 процентов) и немецкие федерации Гамбурга и Бранденбурга (10 процентов). В его местоположениях в Гамбурге и Цойтене под Берлином, DESY разрабатывает, строит и управляет большими ускорителями частиц и использует их, чтобы исследовать структуру вопроса.
Комбинация DESY науки фотона и физики элементарных частиц уникальна в Европе.