La vida moderna gira en torno a los datos, lo que significa que necesitamos formas nuevas, rápidas y que ahorren energía para leer y escribir datos en dispositivos de almacenamiento. Con el desarrollo de la tecnología de conmutación totalmente óptica de material magnético (AOS), el método óptico de usar pulsos láser en lugar de imanes para escribir datos ha recibido una atención considerable en la última década. Aunque es rápida y energéticamente eficiente, la tecnología AOS tiene problemas de precisión. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos han inventado un nuevo método que utiliza materiales ferromagnéticos como referencia para escribir datos con precisión en la capa de cobalto-gadolinio (Co / Gd) con pulsos de láser. Su investigación fue publicada en Nature Communications.
Los materiales magnéticos en los discos duros y otros dispositivos almacenan datos en forma de bits de computadora. Tradicionalmente, los datos se leen y escriben en el disco duro moviendo un pequeño imán sobre el material. Sin embargo, a medida que sigue aumentando la demanda de producción, consumo, acceso y almacenamiento de datos, existe una demanda considerable de métodos más rápidos y con mayor eficiencia energética para acceder, almacenar y registrar datos.
La conmutación totalmente óptica (AOS) de materiales magnéticos es un método prometedor en términos de velocidad y eficiencia energética. El interruptor totalmente óptico utiliza pulsos de láser de femtosegundos para cambiar la dirección del giro magnético en la escala de picosegundos. Se pueden usar dos mecanismos para escribir datos: interruptores de palanca de pulso único y de pulso múltiple. En un interruptor de múltiples pulsos, la dirección final del giro es determinista, lo que significa que se puede determinar de antemano por la polarización de la luz. Sin embargo, este mecanismo generalmente requiere múltiples láseres, lo que reduce la velocidad y la eficiencia de la escritura.
Por otro lado, la velocidad de escritura de un solo pulso será mucho más rápida, pero la investigación sobre el interruptor totalmente óptico de un solo pulso muestra que la conmutación de un solo pulso es un proceso deslizante. Esto significa que para cambiar el estado de un bit magnético específico se requiere un conocimiento previo del bit. En otras palabras, el estado del BIT debe leerse antes de que se pueda sobrescribir, lo que introduce una fase de lectura en el proceso de escritura, lo que limita la velocidad.
Un método mejor es el método de conmutación totalmente óptico determinista de un solo pulso, donde la dirección final del bit depende únicamente del proceso utilizado para establecer y restablecer el bit. En la actualidad, investigadores del Grupo de Nanoestructura del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han desarrollado un nuevo método para lograr la escritura determinista de un solo pulso en materiales de almacenamiento magnético, haciendo que el proceso de escritura sea más preciso.
Fuente de la imagen: Universidad Tecnológica de Eindhoven
En su experimento, los investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven diseñaron un sistema de escritura que consta de tres capas: una capa de referencia ferromagnética hecha de cobalto y níquel, que ayuda o evita la capa libre en la capa libre. Interruptor giratorio, una capa espaciadora de cobre (Cu) conductor o una capa de separación y una capa libre de Co / Gd ópticamente conmutable. El espesor de la capa de material compuesto es inferior a 15 nm.
Una vez excitada por el láser de femtosegundos, la capa de referencia se desmagnetiza en menos de 1 picosegundo. Parte del momento angular perdido asociado con el espín en la capa de referencia se convierte luego en una corriente de espín transportada por el electrón. Los giros en la corriente están en la misma dirección que los giros en la capa de referencia.
Esta corriente de espín luego se mueve desde la capa de referencia a través de la capa espaciadora de cobre (la flecha blanca en la figura) hasta la capa libre, donde puede ayudar o prevenir el cambio de espín en la capa libre. Esto depende de la dirección de giro relativa de la capa de referencia y la capa libre.
Cambiar la energía del láser provocará dos estados. Primero, por encima de un umbral, la dirección de giro final en la capa libre está completamente determinada por la capa de referencia; segundo, por encima de un umbral más alto, se observa un cambio. Los investigadores han demostrado que estos dos mecanismos se pueden utilizar para escribir con precisión el estado de giro de la capa libre sin considerar su estado inicial durante el proceso de escritura. Este descubrimiento proporciona un desarrollo importante para nuestra futura expansión de dispositivos de almacenamiento de datos.