La vita moderna ruota attorno ai dati, il che significa che abbiamo bisogno di modi nuovi, veloci e di risparmio energetico per leggere e scrivere dati su dispositivi di archiviazione. Con lo sviluppo della tecnologia AOS (Magnetic Material All-Optical Switch), il metodo ottico che utilizza gli impulsi laser invece dei magneti per scrivere i dati ha ricevuto una notevole attenzione negli ultimi dieci anni. Sebbene veloce ed efficiente dal punto di vista energetico, la tecnologia AOS ha problemi di precisione. I ricercatori dell'Università di tecnologia di Eindhoven nei Paesi Bassi hanno inventato un nuovo metodo che utilizza materiali ferromagnetici come riferimento per scrivere con precisione i dati nello strato di cobalto-gadolinio (Co / Gd) con impulsi laser. La loro ricerca è stata pubblicata su Nature Communications.
I materiali magnetici nei dischi rigidi e in altri dispositivi memorizzano i dati sotto forma di bit di computer. Tradizionalmente, i dati vengono letti e scritti sul disco rigido spostando un piccolo magnete sul materiale. Tuttavia, poiché la domanda di produzione, consumo, accesso e archiviazione dei dati continua ad aumentare, vi è una notevole richiesta di metodi di accesso, archiviazione e registrazione dei dati più rapidi ed efficienti dal punto di vista energetico.
La commutazione completamente ottica (AOS) dei materiali magnetici è un metodo promettente in termini di velocità ed efficienza energetica. L'interruttore completamente ottico utilizza impulsi laser a femtosecondi per cambiare la direzione della rotazione magnetica sulla scala dei picosecondi. È possibile utilizzare due meccanismi per scrivere dati: interruttori a levetta multi-impulso e singolo impulso. In un interruttore multi-impulso, la direzione finale della rotazione è deterministica, il che significa che può essere determinata in anticipo dalla polarizzazione della luce. Tuttavia, questo meccanismo di solito richiede più laser, il che riduce la velocità e l'efficienza della scrittura.
D'altra parte, la velocità di scrittura a impulso singolo sarà molto più veloce, ma la ricerca sull'interruttore completamente ottico a impulso singolo mostra che la commutazione a impulso singolo è un processo scorrevole. Ciò significa che per cambiare lo stato di uno specifico bit magnetico è necessaria una conoscenza preliminare del bit. In altre parole, lo stato del BIT deve essere letto prima che possa essere sovrascritto, il che introduce una fase di lettura nel processo di scrittura, limitando così la velocità.
Un metodo migliore è il metodo di commutazione completamente ottica deterministica a impulso singolo, in cui la direzione finale del bit dipende solo dal processo utilizzato per impostare e ripristinare il bit. Attualmente, i ricercatori del Nanostructure Group del Dipartimento di Fisica Applicata dell'Università di Tecnologia di Eindhoven hanno sviluppato un nuovo metodo per ottenere la scrittura deterministica a impulso singolo nei materiali di memorizzazione magnetica, rendendo il processo di scrittura più preciso.
Fonte dell'immagine: Università tecnologica di Eindhoven
Nel loro esperimento, i ricercatori della Eindhoven University of Technology hanno progettato un sistema di scrittura costituito da tre strati: uno strato di riferimento ferromagnetico fatto di cobalto e nichel, che aiuta o impedisce lo strato libero nello strato libero. Interruttore rotante, uno strato distanziatore conduttivo in rame (Cu) o uno strato gap e uno strato privo di Co / Gd selezionabile otticamente. Lo spessore dello strato composito è inferiore a 15 nm.
Una volta eccitato dal laser a femtosecondi, lo strato di riferimento viene smagnetizzato in meno di 1 picosecondo. Parte del momento angolare perso associato allo spin nello strato di riferimento viene quindi convertito in una corrente di spin trasportata dall'elettrone. Gli spin nella corrente sono nella stessa direzione degli spin nello strato di riferimento.
Questa corrente di spin si sposta quindi dallo strato di riferimento attraverso lo strato spaziatore di rame (la freccia bianca nella figura) allo strato libero, dove può aiutare o prevenire la commutazione di spin nello strato libero. Ciò dipende dalla direzione di rotazione relativa del livello di riferimento e del livello libero.
La modifica dell'energia laser provocherà due stati. Innanzitutto, al di sopra di una soglia, la direzione di rotazione finale nello strato libero è completamente determinata dallo strato di riferimento; secondo, al di sopra di una soglia più alta, si osserva la commutazione. I ricercatori hanno dimostrato che questi due meccanismi possono essere utilizzati per scrivere con precisione lo stato di rotazione dello strato libero senza considerare il suo stato iniziale durante il processo di scrittura. Questa scoperta fornisce uno sviluppo importante per la nostra futura espansione dei dispositivi di archiviazione dati.