پديده‌هاي مغناطيسي، راهي براي ذخيره سريع‌تر و کارآمدتر داده‌ها

[شَفَــق]

فناوري‌هاي ذخيره سازي داده‌ي مبتني بر ضدمغناطيس، چندين مرتبه سريع‌تر و از نظر انرژي کارآمدتر از موارد فعلي خواهند بود. آن‌ها همچنين مي‌توانند حجم بيشتري از داده‌ها را ذخيره و پردازش کنند.

امواج مغناطيسي در آهنربا‌هاي مغناطيسي چگونه رفتار مي‌کنند و چگونه پخش مي‌شوند؟ "ديوار‌هاي دامنه" چه نقشي در اين فرايند دارند؟ و اين براي آينده ذخيره سازي داده‌ها چه معنايي مي‌تواند داشته باشد؟ اين سوالات تمرکز يک نشريه اخير در مجله Physical Review Letters از يک تيم تحقيقاتي بين المللي به سرپرستي دکتر داويد بوسيني فيزيکدان دانشگاه کنستانز است. اين تيم در مورد پديده‌هاي مغناطيسي در محيط‌هاي ضد مغناطيسي، گزارش مي‌دهد که مي‌تواند توسط پالس‌هاي ليزري فوق سريع (femtosecond) ايجاد شود و توانايي بالقوه‌اي در مواد براي کاربرد‌هاي ذخيره سازي داده‌هاي کم مصرف و فوق سريع داشته باشد.

به گزارش فراديد؛ افزايش روزافزون استفاده از فناوري‌هاي کلان داده و خدمات داده مبتني بر فضاي ابري به اين معني است که تقاضاي جهاني براي ذخيره داده‌ها و هچنين نياز به پردازش سريعتر داده‌ها به طور مداوم در حال افزايش است. در عين حال، فناوري‌هاي موجود در حال حاضر قادر نخواهند بود تا ابد ادامه دهند. دکتر ديويد بوسيني، فيزيکدان از دانشگاه کنستانز و نويسنده اصلي اين مطالعه مي‌گويد: «برآورد‌ها نشان مي‌دهد که تقاضاي رو به رشد فقط مي‌تواند براي مدت محدود حدود ۱۰ سال برآورده شود، اگر در اين بين فناوري جديدي براي ذخيره و پردازش داده‌ها ايجاد نشود.»

براي جلوگيري از وقوع يک بحران داده، تنها ساختن بيشتر و بيشتر مراکز داده که در سطح پيشرفته فعلي کار کنند، کافي نخواهد بود. فناوري‌هاي آينده نيز بايد سريع‌تر و با صرفه جويي بيشتري در مصرف انرژي نسبت به ذخيره سازي داده‌هاي جمعي سنتي، بر اساس هارد ديسک‌هاي مغناطيسي باشد. يک دسته از مواد ضد مغناطيس، کانديداي اميدوار کننده‌اي براي توسعه نسل بعدي فناوري اطلاعات است.

ساختار ضد مغناطيسي

همه ما با آهنربا‌هاي خانگي ساخته شده از آهن يا ساير مواد فرو مغناطيسي آشنا هستيم. اين مواد داراي اتم‌هايي هستند که همه آن‌ها از جهت مغناطيسي در يک جهت قرار دارند - مانند سوزن‌هاي کوچک قطب نما - به طوري که يک قطبش مغناطيسي (مغناطش) رخ مي‌دهد که بر محيط اطراف تأثير مي‌گذارد. در مقابل، آهنربا‌هاي ضد مغناطيسي داراي اتم‌هايي با گشتاور‌هاي مغناطيسي متناوب هستند که يکديگر را خنثي مي‌کنند؛ بنابراين آهنربا‌هاي مغناطيسي هيچ مغناطيسي خالص ندارند و بنابراين هيچ تأثير مغناطيسي روي محيط اطراف ندارند.


با اين حال، در داخل، اين اجسام ضد فرومغناطيسي که به وفور در طبيعت يافت مي‌شوند، به مناطق کوچکتر کوچکي به نام حوزه تقسيم مي‌شوند، که در آن گشتاور‌هاي مغناطيسي متضاد در جهت‌هاي مختلف تراز مي‌شوند. حوزه‌ها با مناطق انتقالي معروف به "ديوار‌هاي دامنه" از يکديگر جدا مي‌شوند.

دکتر بوسيني مي‌گويد: «اگرچه اين نواحي انتقالي در آهن ربا مغناطيسي بسيار شناخته شده هستند، اما تا کنون اطلاعات کمي در مورد تأثير ديواره‌هاي دامنه بر خواص مغناطيسي آنتي فرومغناطيس ها-به ويژه در افزايش زمان بسيار کوتاه وجود دارد.»

در مقاله فعلي، محققان توضيح مي‌دهند چه اتفاقي مي‌افتد وقتي که آهنربا‌هاي مغناطيسي (به طور خاص: بلور‌هاي اکسيد نيکل) در معرض پالس‌هاي ليزري فوق سريع (فمتوسکوم) قرار مي‌گيرند. مقياس فمتوسکوم آنقدر کوتاه است که حتي نور در اين بازه زماني فقط مي‌تواند فاصله بسيار کمي را حرکت دهد. در يک چهارم ميلياردم ثانيه (يک فمتوزن ثانيه)، نور تنها ۰.۳ ميکرومتر را مي‌پيمايد - معادل قطر يک باکتري کوچک.

تيم بين المللي محققان نشان داد که ديواره‌هاي دامنه نقش فعالي در خواص ديناميکي اکسيد نيکل ضد مغناطيسي دارند. آزمايش‌ها نشان داد که امواج مغناطيسي با فرکانس‌هاي مختلف را مي‌توان القاء، تقويت و حتي در حوزه‌هاي مختلف با يکديگر متصل کرد -، اما فقط در حضور ديوار‌هاي حوزه.

بوسيني مي‌گويد: «مشاهدات ما نشان مي‌دهد که حضور همه جا ديوار‌هاي حوزه در ضد آهنربا‌ها مي‌تواند به طور بالقوه براي استفاده از اين مواد در ويژگي‌هاي جديد در مقياس فوق سريع مورد استفاده قرار گيرد. »

گام‌هاي مهم در جهت ذخيره سازي کارآمدتر داده‌ها

توانايي جفت کردن امواج مغناطيسي مختلف در سراسر ديوار‌هاي حوزه، پتانسيل کنترل فعال انتشار امواج مغناطيسي در زمان و فضا و همچنين انتقال انرژي بين امواج فردي در مقياس فمتوسکون را برجسته مي‌کند. اين يک پيش نياز براي استفاده از اين مواد براي ذخيره و پردازش سريع داده‌ها است.

چنين فناوري‌هاي ذخيره سازي داده‌هاي مبتني بر ضد مغناطيسي چندين مرتبه سريع‌تر و از نظر انرژي کارآمدتر از موارد فعلي خواهند بود. آن‌ها همچنين مي‌توانند حجم بيشتري از داده‌ها را ذخيره و پردازش کنند. از آنجا که مواد مغناطيسي خالص ندارند، همچنين در برابر خرابي و دستکاري خارجي آسيب پذيري کمتري خواهند داشت؛ بنابراين فناوري‌هاي آينده مبتني بر آهنربا‌هاي مغناطيسي، تمام الزامات نسل بعدي فناوري ذخيره اطلاعات را برآورده مي‌کند. بوسيني نتيجه مي‌گيرد که آن‌ها همچنين مي‌توانند با تقاضاي روزافزون براي ذخيره سازي و پردازش داده‌ها همگام شوند.