(Next generation photonic memory devices are ‘light-written’, ultrafast and energy efficient)
2019/1/11 オランダ・アイントホーフェン工科大学 (TU/e)
・ TU/e が、オールオプティカルスイッチング(all-optical switching: AOS)と磁気ハートドライブによる、高速・高効率メモリデバイスのハイブリッド技術を開発。
・ 同技術では、超短パルス光（フェムト秒）により高速・エネルギー高効率で磁気メモリに直接データが書込まれて記憶されると直ちにデータが移動し、残った空のメモリ領域に新たにデータが書き込まれる。
・ 外部からの磁場によりビットの方向を上(1)か下(0)に変換する「スイッチング」には、フェムト秒の超短レーザーパルスも利用できる。これは「オールオプティカルスイッチング(AOS)」と呼ばれ、より高速でエネルギー高効率のデータ記憶を可能にする。
・ AOS は、磁気メモリデバイスでの利用が期待される材料の一つである強磁性体において初めて観測されたが、同材料では複数のレーザーパルスを要するためデータの書込みに時間がかる。
・ 今回、スピントロニクスデータアプリケーションに最適な材料システムである、フェリ磁性体で単一のフェムト秒レーザーパルスによる AOS を実証。より高速のデータ書き込みとエネルギー消費量の低減が期待できる。
・ 単一レーザーパルスによる AOS は、現行技術の速度の 100～1000 倍のピコ秒オーダー。電気を使用することなくオプティカルデータが磁性ビットに書き込まれるため、将来的にはフォトニック集積回路での利用の可能性が見込める。
・ 同 AOS をレーストラックメモリ(磁性ビットデータが電気で効率的に磁性ワイヤを移動)に統合したハイブリッドシステムを実証。同システムでは、光による磁性ビットでの書込み後、そのデータが直ちに電気によりワイヤを移動して、新しいデータが書き込まれるスペースを残す。
・ 今回はマイクロメーターサイズのワイヤを使用したが、将来的にはチップ集積に適したナノメーター規模のより微細なデバイスの設計を予定。また、フォトニックデバイスとの統合に向け、光による磁気データの読み込みについて研究を進めている。
URL: https://www.tue.nl/en/news/news-overview/10-01-2019-next-generation-photonic-memor y-devices-are-light-written-ultrafast-and-energy-efficient/
（関連情報)
Nature Communications 掲載論文(フルテキスト）
Integrating all-optical switching with spintronics
URL: https://www.nature.com/articles/s41467-018-08062-4
＜NEDO海外技術情報より＞
Abstract
All-optical switching (AOS) of magnetic materials describes the reversal of the magnetization using short (femtosecond) laser pulses, and received extensive attention in the past decade due to its high potential for fast and energy-efficient data writing in future spintronic memory applications. Unfortunately, the AOS mechanism in the ferromagnetic multilayers commonly used in spintronics needs multiple pulses for the magnetization reversal, losing its speed and energy efficiency. Here, we experimentally demonstrate on-the-fly single-pulse AOS in combination with spin Hall effect (SHE) driven motion of magnetic domains in Pt/Co/Gd synthetic-ferrimagnetic racetracks. Moreover, using field-driven-SHE-assisted domain wall (DW) motion measurements, both the SHE efficiency in the racetrack is determined and the chirality of the optically written DW’s is verified. Our experiments demonstrate that Pt/Co/Gd racetracks facilitate both single-pulse AOS as well as efficient SHE-induced domain wall motion, which might ultimately pave the way towards integrated photonic memory devices.
