Manyetik veri depolama teknolojisi, lazer ışığının gücüyle yepyeni bir boyuta ulaşıyor. İsviçreli bilim insanları, bu yöntemle malzemelerin özelliklerini nanometre ölçeğinde değiştirme başarısını gösterdi. PSI ve ETH Zürih ekipleri, çiplerin üretiminde kullanılan klasik bir tekniği kökten değiştirdi. Araştırmacılar, odaklanmış lazer ışınları yardımıyla manyetik yapıları numunelere tıpkı bir kalem gibi yazıyor. Sonuç olarak bu keşif, hem bilgisayar bellekleri hem de temel fizik araştırmaları için devrim niteliğinde kapılar aralıyor.
Fotolitografi Yönteminin Sıradışı Kullanımı
Modern çip endüstrisi fotolitografi yöntemini ana iş gücü olarak kullanır. Bu sistemde ışık demeti bir maskeden geçer. Ardından ışık, maskedeki emilim desenini silikon plaka üzerine aktarır. Plaka yüzeyi normalde “resist” adı verilen ışığa duyarlı polimer ile kaplanır. Ancak bu yeni çalışmada süreç daha farklı işliyor. Işık şiddetindeki değişimler, polimer yerine doğrudan malzeme üzerinde çok ince detayların oluşmasını sağlıyor.
Laura Heyderman ve ekibi ise bu süreci tamamen farklılaştırdı. Araştırmacılar standart bir fotolitografi makinesini alışılagelmişin dışında kullandılar. Örneğin, manyetik ince filmi makineye polimer kaplaması olmadan yerleştirdiler. Daha sonra 405 nm dalga boyundaki lazer ışınını yüzeyde taradılar. Ayrıca lazerin şiddetini süreç boyunca hassas bir şekilde sürekli değiştirdiler.
DWLA Tekniğiyle Isı Kontrolü ve Hassas Yazım
Bu sürece Doğrudan Yazımlı Lazer Tavlama (DWLA) adı veriliyor. Bu teknik, sadece 150 nanometre genişliğindeki alanları ısıtabiliyor. Böylece lazerden gelen termal enerji doğrudan yüzeye iniyor. Enerji, filmin yaklaşık 100 nm derinliğine kadar nüfuz ediyor. Buna karşın enerjinin kalan kısmı 300 nm kalınlığındaki silikon oksit taban üzerinden dağılıyor.
Bu taban oldukça düşük bir ısı iletkenliğine sahiptir. Bu nedenle filmdeki sıcaklık artışı en yüksek seviyeye çıkar. Araştırmacılar sıcaklık değişimini düzenli tutmak için özel bir yöntem kullandılar. Özellikle toplam kalınlığı 20 nm’den az olan ince film yapıları tercih ettiler. Sonuç olarak bu hassas mühendislik, malzemenin yapısını tam olarak istenen şekilde değiştiriyor.
Manyetik Veri Depolama ve Kristalleşme Mekanizması
Ekip, tekniği birçok önemli manyetik sistem üzerinde test etti. Deneylerde ferromanyetik CoFeB/MgO ve ferrimanyetik CoGd yapıları kullanıldı. Buna paralel olarak Co/Cr, Co/Ta ve CoFeB/Pt/Ru gibi sentetik antiferromanyetler incelendi. Önemli bir ayrıntı olarak DWLA yöntemi bu malzemelerde iki ana fiziksel değişim yaratıyor:
- Kristalleşme: Isı etkisiyle malzemenin atomik dizilimi değişiyor. Bu durum manyetik momentlerin yönünü kademeli olarak farklılaştırıyor.
- İnterdifüzyon: Katmanlar arasındaki atomlar birbiri içine geçiyor. Sonuçta bu süreç, katmanlar arası manyetik etkileşimi tamamen değiştiriyor.
Her iki olgu da veri depolama için kritik önem taşıyor. Manyetize edilen bölgelerdeki yönelimler, verideki “1” ve “0” bitlerini temsil ediyor.
Hızlı Manyetik Veri Depolama İçin Elektrik Akımı Kullanımı
Geleneksel veri depolama sistemleri manyetik alan kullanır. Bitleri değiştirmek için bu alanlara ihtiyaç duyulur. Fakat ekip üyesi Jeffrey Brock yeni bir avantajdan bahsediyor:
“Geliştirdiğimiz teknik, manyetik alan yerine elektrik akımının kullanımına imkan tanıyor. Çünkü elektrik akımı üretmek çok daha kolaydır. Ayrıca elektrikle çalışan cihazlar çok daha hızlı işlem yapar. Hatta bu sistemler daha küçük alanlara çok daha fazla veri sığdırır.”
Manyetik Veri Depolama Teknolojisinin Gelecek Vizyonu
Lauren Riddiford, ekibin önceki çalışmalarını bu yeni yöntemle geliştirdiğini belirtiyor. Geçmişte manyetik özellikleri yerel olarak değiştirerek bellek cihazları üretmişlerdi. Riddiford süreci şöyle açıklıyor:
“Eski yöntemimizde sadece üst katmanı oksitliyorduk. Ancak bu durum sadece kısıtlı sistemlerde çalışıyordu. Bu sebeple daha yumuşak ve kademeli geçişler arıyorduk. Nihayetinde polimerler için üretilen lazerin bu iş için harika olduğunu fark ettik.”
Özetlemek gerekirse, bu yöntem sadece manyetizma ile sınırlı değildir. Isıyla tepki veren her malzeme bu teknikle şekillenebilir. Örneğin süperiletkenler, optik kristaller ve mikroakışkan sistemler bu kapsama giriyor. Sonuç olarak bilim insanları şimdi bu yöntemin diğer teknolojik alanlardaki potansiyelini keşfetmeyi bekliyor.
Haberi Derleyen: Dilara SİPAHİ
KAYNAKÇA:
physicsworld.com/a/shining-laser-light-on-a-material-produces-subtle-changes-in-its-magnetic-properties/