Dzięki terahercowym laserom dyski twarde będą szybsze od napędów SSD?

Mimo całego postępu w dziedzinie stałych pamięci masowych (trójwymiarowy NAND flash Samsunga, pamięci ReRAM firmy Crossbar), twarde dyski wciąż dobrze się sprzedają. Powody są dwa: wysoka pojemność i niska cena. Wada to oczywiście niska w porównaniu do napędów SSD szybkość, oraz podatność na uszkodzenia. A gdyby tak udało się przyspieszyć twarde dyski, tak by nie tracąc nic z oferowanych pojemności, dorównały w szybkości SSD? Wybór, przed którym stanie klient, będzie jeszcze trudniejszy.

Takie przyspieszenie dysków twardych wydaje się być w zasięgu ręki. Prestiżowy magazyn Nature opublikował pracę szwajcarskich uczonych z Paul Scherrer Institute (PSI) pt. Off-resonant magnetization dynamics phase-locked to an intense phase-stable terahertz transient. To opis i wyjaśnienie eksperymentu, w którym do operacji zapisu i odczytu danych na dysku zaprzęgnięto femtosekundowe lasery.

Wąskim gardłem współczesnych twardych dysków jest minimalny czas, w jakim można zmienić wartość bitu informacji na nośniku magnetycznym za pomocą elektromagnetycznej głowicy. Wykorzystywany w nich efekt gigantycznego magnetooporu (GMR) pozwolił na osiągnięcie czasów dostępu na poziomie nanosekund – ale to wszystko, nie widać żadnych sposobów na skrócenie czasu operacji zapisu i odczytu za jego pomocą.

Fizycy od lat dziewięćdziesiątych zeszłego stulecia szukają sposobów przyspieszenia procesów demagnetyzacji. W wielu eksperymentach wykorzystywane były femtosekundowe lasery działające w paśmie bliskim podczerwieni. Optyczne impulsy faktycznie zmieniały spiny układu, ale jak wyjaśniają badacze, dynamika chłodzenia nie była zbyt dobra, sprowadzając czas ponownego dostępu z powrotem do poziomu nanosekund.

Zespołowi szwajcarskich fizyków udało się osiągnąć przełom. Zbudowali oni działający w terahercowych częstotliwościach laser, o charakterystyce odpowiadającej reakcji pola magnetyramy.plcznego, wprowadzający do systemu jedynie minimalne ilości entropii, a co za tym idzie, nie wywołujący opóźnień związanych z chłodzeniem. Laser ten pozwolił na zmianę momentu magnetycznego cząsteczek na ferromagnetycznej powierzchni w ciągu pikosekundy. Dzięki precyzyjnej kontroli nad fazą impulsu, możliwe jest wielokrotne powtarzanie tej operacji.

Jak na razie jednak szwajcarski terahercowy laser jest zbyt słaby, by całkowicie zmienić moment magnetyczny (czyli przełączyć zera w jedynki i vice versa). Zaobserowano jedynie dynamikę magnetyzacji. Uczeni są jednak pewni, że to tylko przeszkoda techniczna – formalizm modelu Landau-Lifshitza-Gilberta, powszechnie używanym do modelowania zachowania twardych dysków, upewnia ich, że laser może być wzmocniony w stopniu wystarczającym na zmianę momentu magnetycznego bitów.

Warto podkreślić, że to nie tylko laboratoryjna ciekawostka: produkcja takich terahercowych laserów na skalę przemysłową jest jednym z celów projektu SwissFEL, nad którym pracują zarówno fizycy z PSI jak i inżynierowie z Rainbow Photonics AG – firmy, która od wielu lat specjalizuje się w produkcji sprzętu laserowego.