La vida moderna gira al voltant de les dades, cosa que significa que necessitem formes noves, ràpides i d’estalvi d’energia per llegir i escriure dades en dispositius d’emmagatzematge. Amb el desenvolupament de la tecnologia de commutació totalment òptica (AOS) de material magnètic, el mètode òptic d’utilitzar polsos làser en lloc d’imants per escriure dades ha rebut una atenció considerable en l’última dècada. Tot i que és ràpida i eficient energèticament, la tecnologia AOS té problemes de precisió. Investigadors de la Universitat Tecnològica d’Eindhoven als Països Baixos han inventat un nou mètode que utilitza materials ferromagnètics com a referència per escriure amb precisió les dades a la capa de cobalt-gadolini (Co / Gd) amb polsos làser. Les seves investigacions es van publicar a Nature Communications.
Els materials magnètics en discs durs i altres dispositius emmagatzemen dades en forma de bits d’ordinador. Tradicionalment, les dades es llegeixen i s’escriuen al disc dur movent un petit imant sobre el material. No obstant això, a mesura que la demanda de producció, consum, accés i emmagatzematge de dades continua augmentant, hi ha una demanda considerable de mètodes d’accés, emmagatzematge i registre de dades més ràpids i més eficients energèticament.
La commutació totalment òptica (AOS) de materials magnètics és un mètode prometedor en termes de velocitat i eficiència energètica. L’interruptor totalment òptic utilitza polsos làser femtosegunds per canviar la direcció del gir magnètic a l’escala de la picosegona. Es poden utilitzar dos mecanismes per escriure dades: commutadors de commutació multi-pols i un de pols. En un commutador de diversos polsos, la direcció final del gir és determinista, cosa que significa que es pot determinar amb antelació per la polarització de la llum. Tot i això, aquest mecanisme sol requerir diversos làser, cosa que redueix la velocitat i l’eficiència de l’escriptura.
D’altra banda, la velocitat d’escriptura d’un sol pols serà molt més ràpida, però les investigacions sobre l’interruptor òptic monopulsiu mostren que la commutació d’un sol pols és un procés de lliscament. Això significa que per canviar l'estat d'un bit magnètic específic cal conèixer prèviament el bit. És a dir, s’ha de llegir l’estat de la BIT abans que es pugui sobreescriure, cosa que introdueix una fase de lectura al procés d’escriptura, limitant així la velocitat.
Un mètode millor és el mètode de commutació tot òptic determinista de pols únic, on la direcció final del bit depèn només del procés utilitzat per configurar i restablir el bit. Actualment, investigadors del Grup de Nanoestructures del Departament de Física Aplicada de la Universitat Tecnològica d’Eindhoven han desenvolupat un nou mètode per aconseguir l’escriptura determinista d’un sol impuls en materials d’emmagatzematge magnètic, fent que el procés d’escriptura sigui més precís.
Font de la fotografia: Universitat de Tecnologia d'Eindhoven
En el seu experiment, investigadors de la Universitat de Tecnologia d'Eindhoven van dissenyar un sistema d'escriptura format per tres capes, una capa de referència ferromagnètica feta de cobalt i níquel, que ajuda o impedeix la capa lliure de la capa lliure. Interruptor rotatiu, una capa espaiadora o capa conductora de coure (Cu) i una capa lliure de Co / Gd commutable òpticament. El gruix de la capa composta és inferior a 15 nm.
Un cop excitat pel làser femtosegon, la capa de referència es desmagnetitza en menys d’una picosegona. Una part del moment angular perdut associat al gir a la capa de referència es converteix llavors en corrent de gir portat per l'electró. Les rotacions del corrent són en la mateixa direcció que les rotacions de la capa de referència.
Aquest corrent de gir es desplaça des de la capa de referència a través de la capa d’espaiador de coure (la fletxa blanca de la figura) a la capa lliure, on pot ajudar o evitar el canvi de gir a la capa lliure. Això depèn de la direcció relativa de gir de la capa de referència i de la capa lliure.
Canviar l’energia del làser provocarà dos estats. Primer, per sobre d’un llindar, la direcció de gir final a la capa lliure està completament determinada per la capa de referència; segon, per sobre d’un llindar més alt, s’observa la connexió. Els investigadors han demostrat que aquests dos mecanismes es poden utilitzar per escriure amb precisió l'estat de spin de la capa lliure sense considerar el seu estat inicial durant el procés d'escriptura. Aquest descobriment proporciona un desenvolupament important per a la nostra futura expansió dels dispositius d’emmagatzematge de dades.