Concept de fibre optique Fast Intenet

Des chercheurs du CRANN et de la Trinity’s School of Physics ont découvert qu’un nouveau matériau peut agir comme un commutateur magnétique ultra-rapide.

Lorsqu’il est frappé par des impulsions laser ultra-courtes successives, il présente une «commutation à bascule» qui pourrait augmenter la capacité du réseau mondial de câbles à fibres optiques d’un ordre de grandeur.

Élargir la capacité d’Internet

La commutation entre deux états – 0 et 1 – est la base de la technologie numérique et l’épine dorsale de l’Internet. La grande majorité de toutes les données que nous téléchargeons sont stockées magnétiquement dans d’énormes centres de données à travers le monde, reliés par un réseau de fibres optiques.

Les obstacles à la poursuite des progrès avec Internet sont triples, en particulier la vitesse et la consommation d’énergie des commutateurs semi-conducteurs ou magnétiques qui traitent et stockent nos données et la capacité du réseau de fibre optique à les gérer.

Interrupteur magnétique ultra rapide

Des chercheurs du CRANN et de l’école de physique du Trinity College de Dublin ont découvert qu’un nouveau matériau peut agir comme un commutateur magnétique ultra-rapide. Crédit: CRANN et Trinity College Dublin

La nouvelle découverte de la commutation à bascule ultra-rapide utilisant la lumière laser sur des films de type miroir d’un alliage de manganèse, de ruthénium et de gallium connu sous le nom de MRG pourrait aider à résoudre les trois problèmes.

Non seulement la lumière offre un grand avantage en termes de vitesse, mais les interrupteurs magnétiques n’ont pas besoin d’alimentation pour maintenir leur état. Plus important encore, ils offrent désormais la perspective d’un multiplexage temporel rapide du réseau fibre existant, ce qui pourrait lui permettre de traiter dix fois plus de données.

La science derrière la commutation magnétique

Travaillant dans le laboratoire de photonique du CRANN, le centre de recherche en nanosciences de Trinity, le Dr Chandrima Banerjee et le Dr Jean Besbas ont utilisé des impulsions laser ultra-rapides d’une centaine de femtosecondes (un dix mille milliardième de seconde) pour inverser la magnétisation de films minces. de MRG dans les deux sens. La direction de l’aimantation peut pointer vers l’intérieur ou l’extérieur du film.

À chaque impulsion laser successive, il change brusquement de direction. On pense que chaque impulsion chauffe momentanément les électrons du MRG d’environ 1000 degrés, ce qui entraîne un retournement de sa magnétisation. La découverte de la commutation à bascule ultra-rapide de MRG vient d’être publiée dans une revue internationale de premier plan, Communications de la nature.

Le Dr Karsten Rode, chercheur principal au sein du «Magnetism and Spin Electronics Group» de la Trinity’s School of Physics, suggère que cette découverte marque juste le début d’une nouvelle direction de recherche passionnante.

Le Dr Rode a déclaré:

«Nous avons beaucoup de travail à faire pour bien comprendre le comportement des atomes et des électrons dans un solide qui est loin de l’équilibre sur une échelle de temps femtoseconde. En particulier, comment le magnétisme peut-il changer si rapidement tout en obéissant à la loi fondamentale de la physique qui dit que le moment cinétique doit être conservé?

«Dans l’esprit de notre équipe de spintronique, nous allons désormais collecter des données issues de nouvelles expériences de laser pulsé sur MRG, et d’autres matériaux, pour mieux comprendre ces dynamiques et relier la réponse optique ultra-rapide au transport électronique. Nous prévoyons des expériences avec des impulsions électroniques ultra-rapides pour tester l’hypothèse que l’origine de la commutation à bascule est purement thermique.

L’année prochaine, Chandrima poursuivra son travail à l’Université de Haïfa, en Israël, avec un groupe capable de générer des impulsions laser encore plus courtes. Les chercheurs de Trinity, dirigés par Karsten, planifient un nouveau projet conjoint avec des collaborateurs aux Pays-Bas, en France, en Norvège et en Suisse, visant à prouver le concept de multiplexage ultra-rapide dans le domaine temporel des canaux à fibre optique.

Référence: «Commutation à bascule tout optique à impulsion unique de la magnétisation sans gadolinium dans le ferrimagnet Mn2RuXGa »par C. Banerjee, N. Teichert, K. E. Siewierska, Z. Gercsi, G. Y. P. Atcheson, P. Stamenov, K. Rode, J. M. D. Coey et J. Besbas, 7 septembre 2020, Communications de la nature.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18340-9

Le travail qui a rendu la découverte possible a été soutenu par Science Foundation Ireland, le Conseil irlandais de la recherche et la Commission européenne.