Işık; enerjiyi en verimli kullanan bilgi taşıma yöntemidir. Ancak, ışık; büyük bir sınırlama gerektiriyor. Bu yüzden; saklamak zordur. Veri merkezleri de öncelikle manyetik sabit disklere dayanıyor. Ancak, bu sabit disklerde; bilgiler günümüzde patlayan enerji maliyetinde aktarılmaktadır.
Eindhoven Teknoloji Üniversitesi (TU / e) Fotonik Entegrasyon Enstitüsü araştırmacıları; hem hafif hem de manyetik sabit disklerin avantajlarını gösteren bir ‘hibrit teknoloji’ geliştirdi. Ultra kısa (femtosaniye) ışık atımları; verilerin hızlı ve yüksek enerjiyi, verimli bir şekilde doğrudan manyetik bellekte yazılmasını sağlıyor. Dahası, bilgiler yazıldığı anda (ve saklandığında), yeni verilerle doldurulması gereken boş hafıza alanlarında boşluk bırakarak, ilerler. Nature Communications‘da yayınlanan bu araştırma; gelecekteki fotonik entegre devrelerde, veri depolama sürecinde devrim yaratacağını vaat ediyor.
Veriler; sabit disklerde ‘bit’, kuzey ve güney kutbu olan küçük “manyetik alanlar” şeklinde depolanır. Bu kutupların yönü (‘mıknatıslanma’), bitlerin dijital olarak 0 mı yoksa 1 mi içerdiğini belirler. Verilerin yazılması, ilgili bitlerin mıknatıslanma yönünü ‘değiştirerek’ elde edilir.
Sentetik Ferromanyetikler
Geleneksel olarak; anahtarlama işlemi, kutupların yönünü yukarı (1) veya aşağı (0) zorlayacak, harici bir manyetik alan uygulandığında meydana gelir. Alternatif olarak, anahtarlama; tamamen “optik anahtarlama” adı verilen ve daha verimli ve çok daha hızlı veri depolanmasıyla sonuçlanan, kısa (femtosaniye) bir lazer darbesinin uygulanmasıyla sağlanabilir.
Eindhoven Teknoloji Üniversitesi Uygulamalı Fizik Bölümünden Mark Lalieu: “Veri depolama için tamamen optik anahtarlama; yaklaşık on yıldan beri bilinmektedir. Tamamen optik anahtarlama ilk kez ferromanyetik materyallerde gözlendiğinde; araştırma alanı açısından büyük bir artış sağladı.”
Bununla birlikte, bu malzemelerdeki mıknatıslanma anahtarlaması birden fazla lazer darbesi ve dolayısıyla uzun veri yazma süreleri gerektirir.
Verileri Bin Kat Daha Hızlı Depolamak
Reinoud Lavrijsen ve Bert Koopmans’ın gözetiminde bulunan Lalieu; tek fermentli lazer darbeleri kullanarak, spintronik veri uygulamaları için oldukça uygun bir malzeme sistemi olan sentetik ferromanyetiklerde tüm optik anahtarlamayı başarabildi. Böylece düşük bir enerjiyle, veri yazma hızını arttırdı.
Peki tüm optik anahtarlama, modern manyetik depolama teknolojilerine kıyasla ne durumda?
Lalieu: “Tek darbeli tamamen optik anahtarlama kullanılarak, mıknatıslama yönünün değiştirilmesi, bugünün teknolojisiyle mümkün olandan yaklaşık 100 ila 1000 kat daha hızlı olan pikosaniyeler şeklindedir. Ayrıca; optik bilgi depolandığı için enerji açısından pahalı elektroniklere ihtiyaç duymadan, manyetik uçlarda fotonik entegre devrelerde, gelecekteki kullanım için muazzam bir potansiyele sahiptir.”
‘Anında’ Veri Yazma
Ek olarak, Lalieu; tüm optik anahtarlamayı; (Racetrack Memory* gibi) tümüyle manyetik uç şeklindeki verilerin, bir elektrik akımı kullanarak, verimli bir şekilde taşındığı manyetik bir tel ile birleştirdi. Bu sistemde; manyetik uçlar sürekli olarak ışık kullanılarak yazılır. Ardından hemen elektrik akımı ile tel boyunca taşınır. Bu da boş manyetik bitlere alan bırakır ve böylece depolanacak yeni verilere yer açılır. Şimdiye kadar bu araştırma; mikrometrik teller üzerinde yapılmıştır. Gelecekte ise, nanometre ölçeğinde daha küçük cihazlar; çiplerde daha iyi entegrasyon için tasarlanmalıdır.
*Racetrack Memory: İlk kez IBM’in çıkardığı, minik manyetik sınırların kullanılmasıyla verilerin depolanabileceği bir sistem.
