বিজ্ঞানীরা একটি উপাদানের চৌম্বকীয় মেমরি এবং চৌম্বকীয় বৈশিষ্ট্য নিয়ন্ত্রণ করতে আলোকে পুনরায় আকার দেন

একটি চৌম্বকীয় বিট সাধারণত অবস্থা পরিবর্তন করে কারণ একটি ক্ষেত্র একটি দিক থেকে অন্য দিকে তার অভিযোজন ঠেলে দেয়। ইউসি সান দিয়েগোর গবেষকরা দেখিয়েছেন যে সতর্কতার সাথে ডিজাইন করা আলো পরিবর্তে সেই কাজটি করতে পারে, এমনকি পূর্ববর্তী অপটিক্যাল সুইচিং পরীক্ষায় ব্যবহৃত চৌম্বকীয় ফিল্মের চেয়েও মোটা।

দলটি আল্ট্রাফাস্ট লেজারের ডালগুলিকে সংকীর্ণভাবে ফোকাসড ভেক্টর বিমে তৈরি করেছে এবং বাহ্যিক চৌম্বক ক্ষেত্র ছাড়াই প্ল্যাটিনাম-কোবল্ট মাল্টিলেয়ারগুলিতে চুম্বককরণকে বিপরীত করতে ব্যবহার করেছে। আলোকিত অঞ্চলকে সংকীর্ণ করে এবং কীভাবে এটি জুড়ে আলো বিতরণ করা হয়েছিল তা নিয়ন্ত্রণ করে, গবেষকরা দুটি অপটিক্যাল ইনভার্সন মেকানিজমের মধ্যে স্যুইচ করতে সক্ষম হন।

নেচার কমিউনিকেশনে প্রকাশিত এই কাজটি পরামর্শ দেয় যে অপটিক্যাল বিমের নকশা নিজেই চৌম্বকীয় মেমরির জন্য একটি নিয়ন্ত্রণ নব হয়ে উঠতে পারে। এটি অবশেষে দ্রুত এবং ঘন ডেটা স্টোরেজকে সমর্থন করতে পারে, যদিও বর্তমান সেটআপটি একটি ল্যাব পরীক্ষা রয়ে গেছে।

চৌম্বকীয় সঞ্চয়স্থান ছোট অঞ্চলের মাধ্যমে তথ্য উপস্থাপন করে যার চুম্বককরণ দুটি স্থিতিশীল দিকের একটিতে নির্দেশ করে। সেই ঠিকানাটি পরিবর্তন করলে একটি ডিজিটাল 0 বা 1 এর সাথে মিল রেখে একটি নতুন অবস্থা লেখা হয়।

আল্ট্রাশর্ট লেজার ডাল আরেকটি সম্ভাবনা অফার করে। আলো ফেমটোসেকেন্ডে শক্তি জমা করতে পারে এবং মাইক্রোস্কোপিক এলাকায় ফোকাস করতে পারে। অতএব, গবেষকরা অল-অপটিক্যাল স্যুইচিং তদন্ত করতে কয়েক বছর অতিবাহিত করেছেন, যেখানে চৌম্বককরণ একটি প্রয়োগকৃত চৌম্বক ক্ষেত্রের পরিবর্তে আলোর সাথে ম্যানিপুলেট করা হয়।

সেই কাজটির বেশিরভাগই সাবধানে নির্বাচিত উপকরণ, সুনির্দিষ্ট রচনা বা বৃত্তাকারভাবে পোলারাইজড আলোর উপর নির্ভর করে যার পরিচালনা চূড়ান্ত চৌম্বকীয় অবস্থা নির্ধারণ করে। এই প্রয়োজনীয়তাগুলি প্রভাবটিকে একটি মাপযোগ্য প্রযুক্তিতে পরিণত করার প্রচেষ্টাকে জটিল করে তোলে।

একটি নতুন চৌম্বকীয় উপাদান বিকাশের পরিবর্তে, UC সান দিয়েগো দল অপটিক্যাল বিম পরিবর্তন করেছে। গবেষকরা প্ল্যাটিনাম এবং কোবাল্টের পর্যায়ক্রমিক স্তর ধারণকারী পাতলা ফিল্ম এবং Pt/Co-এর এক থেকে দশটি পুনরাবৃত্তিমূলক বাইলেয়ার সহ পরীক্ষিত কাঠামো নিয়ে কাজ করেছেন।

তাদের মূল হাতিয়ার ছিল একটি বৃত্তাকার মেরুকৃত ভেক্টর রশ্মি। একটি প্রচলিত গাউসিয়ান লেজার রশ্মি থেকে ভিন্ন, এই কাঠামোবদ্ধ মরীচি ফোকাল অঞ্চলে মেরুকরণকে পুনরায় বিতরণ করে এবং ভালভাবে ফোকাস করা হলে শক্তিকে একটি ছোট এলাকায় কেন্দ্রীভূত করতে পারে।

বৃহৎ সংখ্যাসূচক অ্যাপারচার মাইক্রোস্কোপের উদ্দেশ্য ব্যবহার করে, দলটি পরীক্ষা-নিরীক্ষার একটি সেটে কার্যকর লেজার স্পটকে প্রায় 1.92 মাইক্রোমিটার থেকে 0.96 মাইক্রোমিটারে কমিয়ে এনেছে। গণনাগুলি দেখিয়েছে যে ভেক্টর রশ্মি একই ফোকাসিং অবস্থার অধীনে তুলনীয় গাউসিয়ান বিমের চেয়ে 15% পর্যন্ত একটি ফোকাল স্পট তৈরি করতে পারে।

প্রথম লেখক মুহাম্মদ ওয়ালিদ খালিদ বলেন, “মাইক্রো-এবং ন্যানোস্কেলে পদার্থে ঘটছে এমন পদার্থবিদ্যাকে পরিবর্তন করার জন্য আমরা আলোকে অপটিক্যালি ইঞ্জিনিয়ার করেছি।”

বড় স্পট আকারে, প্ল্যাটিনাম-কোবল্ট ফিল্মটি আরও পরিচিত পদ্ধতিতে আচরণ করে। চূড়ান্ত চৌম্বক অবস্থা ঘটনার আলোর ডান বা বাম বৃত্তাকার মেরুকরণের উপর নির্ভর করে।

সেই প্রক্রিয়া, যাকে বলা হয় সম্পূর্ণরূপে অপটিক্যাল হেলিসিটি-নির্ভর সুইচিং, বারবার ডালের উপর সঞ্চালিত হয়। প্রাথমিক ডালগুলি উপাদানকে উত্তপ্ত করে এবং নিউক্লিয়েট উল্টানো ডোমেনগুলিকে উত্তপ্ত করে, যখন পরবর্তী ডালগুলি চৌম্বকীয় অভিযোজন বৃদ্ধির পক্ষে।

গবেষকরা যখন মরীচিকে শক্ত করেন, তখন সেই নির্ভরতা অদৃশ্য হতে শুরু করে। তিন-পুনরাবৃত্ত Pt/Co স্ট্যাকে, কার্যকরী স্থানটি প্রায় 1.36 মাইক্রোমিটার বা তার কম পৌঁছে গেলে চুম্বককরণ হেলিসিটি থেকে স্বাধীন হয়ে ওঠে।

ডান এবং বাম বৃত্তাকার ভেক্টর বিমগুলি মূলত একই চূড়ান্ত চৌম্বকীয় অবস্থা তৈরি করে। আলোর জ্যামিতি, হালকা পরিচালনার পরিবর্তে, প্রভাবশালী ফ্যাক্টর হয়ে ওঠে।

গবেষকরা অসীম উত্তপ্ত পার্শ্ববর্তী ফিল্ম থেকে ডাইপোল চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের সাথে মিলিত তীব্র স্থানীয় উত্তাপকে দায়ী করেছেন। লেজার পালস কিউরি তাপমাত্রার কাছাকাছি নিয়ে আসার পরে একটি ছোট আলোকিত অঞ্চল সেই প্রতিবেশী চৌম্বকীয় অঞ্চলগুলির পক্ষে স্থিতিশীল হওয়া সহজ।

ফ্রি-স্ট্যান্ডিং Pt/Co মাল্টিলেয়ারগুলির সাথে আগের কাজগুলি একটি উল্লেখযোগ্য বেধের সমস্যার মুখোমুখি হয়েছিল। আরও চৌম্বকীয় স্তর যুক্ত হওয়ার সাথে সাথে ভারসাম্যের ডোমেনগুলি ছোট হয়ে যায় এবং লেজার হিটিং একটি একক নির্ভরযোগ্যভাবে উল্টানো অঞ্চলের পরিবর্তে জটিল মাল্টিডোমেন প্যাটার্ন ছেড়ে দেয়।

রশ্মি বন্দি সেই ভারসাম্য পরিবর্তন করেছে। চারটি Pt/Co পুনরাবৃত্তির সাথে, হেলিসিটি-স্বাধীন সুইচিং পরীক্ষা করা সমস্ত ডট আকারে উপস্থিত হয়েছিল। পাঁচ থেকে নয়টি পুনরাবৃত্তি সম্বলিত নমুনাগুলিতে, যখন আলো তরঙ্গদৈর্ঘ্যের স্কেলের কাছাকাছি ফোকাস করা হয়েছিল তখন নির্ধারক বিপরীতকরণ বজায় রাখা হয়েছিল।

এই ফলাফলটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ একটি বৃহত্তর চৌম্বকীয় আয়তন তাপীয় স্থিতিশীলতা উন্নত করতে পারে, সঞ্চিত তথ্যকে সময়ের সাথে স্বতঃস্ফূর্ত পরিবর্তনগুলিকে প্রতিরোধ করতে সহায়তা করে। যাইহোক, নয়টি পুনরাবৃত্তির পরে, স্ট্রিকের মতো ডোমেনগুলি অভিন্ন প্রত্যাবর্তনকে বাধা দেয়।

পরীক্ষাটি একটি সমাপ্ত মেমরি সেল প্রদর্শন করেনি। গবেষকরা পাতলা-ফিল্ম নমুনার মাধ্যমে একটি ফেমটোসেকেন্ড লেজার স্ক্যান করেছেন এবং ফ্যারাডে মাইক্রোস্কোপ দিয়ে চৌম্বকীয় ডোমেনগুলি পর্যবেক্ষণ করেছেন। তাদের সিস্টেম 800 ন্যানোমিটারে 120 ফেমটোসেকেন্ড ডাল এবং 1 কিলোহার্টজ পুনরাবৃত্তি হার ব্যবহার করে।

কিছু ফেরিম্যাগনেটিক পদার্থে প্রদর্শিত এক-শট অপটিক্যাল সুইচিং থেকে প্রক্রিয়াটি ভিন্ন। এই Pt/Co ফিল্মগুলিতে, নির্ধারক বিপরীতমুখী ক্রমবর্ধমানভাবে একাধিক পালসের মাধ্যমে বিকাশ লাভ করে।

প্রথম ডালগুলি একটি সীমাবদ্ধ অঞ্চলকে উত্তপ্ত করেছিল এবং একটি বিপরীত চৌম্বকীয় ডোমেন শুরু করেছিল। ক্রমাগত আলো সেই ডোমেনটিকে একটি স্থিতিশীল কনফিগারেশনে বাড়তে এবং স্থির হতে দেয়।

গতি বিবেচনা করা হলে এই পার্থক্যটি গুরুত্বপূর্ণ। ফেমটোসেকেন্ড আলো খুব দ্রুত চৌম্বককরণ গতিশীলতাকে ট্রিগার করতে পারে, তবে এই পরীক্ষাটি এমন একটি স্টোরেজ ডিভাইস প্রদর্শন করেনি যা একটি বাণিজ্যিক হার্ড ড্রাইভের চেয়ে হাজার হাজার গুণ দ্রুত স্বাধীন বিট লিখতে পারে।

এর প্রধান অগ্রগতি নিয়ন্ত্রণ। মরীচির আকার, ফোকাস এবং পোলারাইজেশন বন্টন সামঞ্জস্য করে, গবেষকরা উপাদানটিকে পুনরায় ডিজাইন না করে কোন চৌম্বকীয় স্যুইচিং পাথওয়ের আধিপত্য পরিবর্তন করেছেন।

“অপটিক্যাল স্যুইচিং সক্ষম করার জন্য একটি নতুন উপাদান ডিজাইন করার পরিবর্তে, আমরা আলোকে নিজেই পুনরায় ডিজাইন করেছি এবং নতুন বৈশিষ্ট্যগুলি দেখিয়েছি যা আগে সম্ভব বলে মনে করা হয়নি,” প্রধান লেখক আবদৌলায়ে এনডাও বলেছেন।

অপটিক্যালি লিখিত চৌম্বকীয় মেমরি একটি চিপে সরে যাওয়ার আগে বেশ কিছু বাধা রয়ে যায়। ল্যাব সিস্টেমটি একটি বিশেষ আল্ট্রাফাস্ট লেজার এবং অপটিক্যাল উপাদান ব্যবহার করে যা কেবল প্রচলিত স্টোরেজ ইলেকট্রনিক্সে যোগ করা যায় না।

গবেষকদের প্রয়োজন হবে ছোট সমন্বিত আলোর উৎস, ন্যানোস্কেল অপটিক্যাল স্ট্রাকচার এবং এমন উপকরণ যা নির্ভরযোগ্যভাবে নিম্ন শক্তিতে স্যুইচ করে। দলটি আলোকে মাত্র কয়েকশ ন্যানোমিটারে সীমাবদ্ধ করার উপায়গুলিও তদন্ত করছে।

কাজ, যাইহোক, নকশা সমস্যা অংশ পরিবর্তন. যদি মরীচির জ্যামিতি নির্ধারণ করতে পারে যে কীভাবে চুম্বককরণ বিপরীত হয়, ভবিষ্যতের মেমরি ডিভাইসগুলি চৌম্বকীয় স্ট্যাক এবং এতে লেখা আলোকে সহ-অপ্টিমাইজ করে তৈরি করা যেতে পারে।

এই পদ্ধতিটি শেষ পর্যন্ত সম্পূর্ণ নতুন চৌম্বকীয় পদার্থের প্রয়োজন ছাড়াই চৌম্বকীয় সঞ্চয়স্থানকে দ্রুত এবং আরও কমপ্যাক্ট করতে পারে।

এই সংস্থানগুলি অতি দ্রুত চৌম্বকীয় নিয়ন্ত্রণ, অপটিক্যাল মেমরি এবং সমন্বিত ডিভাইসগুলির পথের সাম্প্রতিক এবং সরাসরি প্রাসঙ্গিক প্রসঙ্গ সরবরাহ করে।

অপটিক্যালি অ্যাসিস্টেড আল্ট্রাফাস্ট স্পিনট্রনিক্স: মেমরি এবং ডিভাইস অ্যাপ্লিকেশনের উপর জোর দিয়ে ফেরিম্যাগনেটস, ফেরোম্যাগনেটস, মাল্টিলেয়ার, হিউসলার অ্যালয়েস এবং দ্বি-মাত্রিক উপকরণগুলিতে সমস্ত-অপটিক্যাল সুইচিং কভার করে একটি সাম্প্রতিক ব্যাপক পর্যালোচনা। (পদার্থবিজ্ঞান রিপোর্ট, 2025)