發明幾乎零能耗的超高速計算方法！

科學家發明了用光脈衝而不是電來處理超高速數據的方法。本發明使用磁鐵記錄計算機數據，幾乎零能耗，解決了如何在不帶來高能源成本的情況下創造更快數據處理速度的難題。數據中心伺服器消耗全球2%到5%的電力，產生的熱量反過來需要更多的電力來冷卻伺服器。這個問題如此嚴重，微軟甚至將數百項數據中心服務沉入大海，來降低成本。大多數數據通過磁性硬碟中稱為自旋小磁鐵的方向被編碼為二進位信息(分別為0和1)。

磁讀/寫頭是用來設置或檢索信息使用電流耗散大量的能量。發表在《自然》上的一個國際研究小組已經解決了這個問題，他們用極短的光脈衝代替了電，這種光脈衝的持續時間只有1萬億分之一秒，由磁鐵頂部的特殊天線集中。這種新方法速度極快，但非常節能，因此磁鐵的溫度根本沒有升高。該研究小組成員包括：曾供職於內梅亨大學、現為蘭開斯特大學的羅斯季斯拉夫·米哈伊洛夫斯基(Rostislav Mikhaylovskiy)博士、斯蒂芬·施勞德勒(Stefan Schlauderer)、克里斯托弗·蘭格(Christoph Lange)博士和雷根斯堡大學(Regensburg University)的魯伯特·胡貝爾(Rupert Huber)教授、

內梅亨大學(Radboud University)的阿列克謝·基梅爾(Alexey Kimel)教授以及俄羅斯科學院(Russian Academy of Sciences)的阿納托利·茲維茲丁(Anatoly Zvezdin)教授。他們用超短光脈衝(持續時間為百萬分之一秒)在遠紅外頻率下脈衝磁鐵，也就是所謂的太赫茲光譜範圍，來演示這種新方法。然而，即使是現有最強的太赫茲光源也無法提供足夠強的脈衝來改變磁鐵方向。這一突破是利用同一團隊發現的自旋與太赫茲電場耦合的有效相互作用機制實現。然後，科學家們在磁鐵的頂部開發並製造了一個非常小的天線來集中並增強光的電場。

使用超短脈衝光能夠非常經濟地將磁鐵從一個穩定的方向(紅色箭頭)切換到另一個穩定方向(白色箭頭)。這一概念使超高速信息存儲具有前所未有的能源效率。圖片：Brad Baxley (parttowhole)

這種最強的局部電場足以使磁鐵的磁化在一萬億分之一秒內達到新方向。磁體的溫度根本沒有升高，因為這個過程只需要太赫茲光的一個量子能量（一個光子）每旋轉一次。米哈伊洛夫斯基博士說：創紀錄的低能量損耗使這種方法具有可擴展性。未來存儲設備還將利用天線結構的出色空間定義，使實用的磁存儲器同時具有最高的能源效率和速度。研究人員計劃在蘭開斯特大學(Lancaster University)與科克羅夫特研究所(Cockroft Institute)的加速器一起，利用這種新型超快激光進行進一步研究。

這種加速器能夠產生強烈的光脈衝，從而允許開關磁鐵，並確定磁記錄的實際、基本速度和能量極限。未來的信息技術要求更快、更低損耗的量子控制。強烈的光場沿著這條路促進了里程碑式的進展，包括誘導物質電子的彈道加速新狀態，以及谷偽譜的相干翻轉。這些動力學留下獨特的「指紋」，如特徵帶隙或高次諧波輻射。轉換技術上最重要的量子屬性（由勢壘隔開的兩種狀態之間的自旋）最快且耗散最小的方法是觸發全相干進動。皮秒電場和磁場的實驗和理論研究表明，觀察實際的自旋動力學仍然是遙不可及。

在這裡，研究人員展示了太赫茲電磁脈衝允許自旋在勢壘上的相干轉向，並報告了相應的時間和光譜指紋。這一目標是通過耦合自旋在反鐵磁性TmFeO3(銩正方石)與局部增強太赫茲電場定製天線。在一皮秒的時間內，強烈的太赫茲脈衝突然改變了磁各向異性，引發了大振幅的彈道自旋運動。與數值模擬結果一致，相干自旋轉變為相鄰勢極小值的特徵相位反轉、集體自旋共振的不對稱分裂和法拉第信號的長壽命偏移是相干自旋轉變的特徵。可切換狀態可通過外部磁偏來選擇，低損耗和天線的亞波長空間定義可以促進可伸縮的自旋器件以太赫茲速率運行。

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