O uso de pulsos de luz ultracurtos permite a comutação extremamente econômica de um ímã de uma orientação estável (seta vermelha) para outra (seta branca). Este conceito permite o armazenamento ultrarrápido de informações com eficiência energética sem precedentes. Crédito:© Brad Baxley (parttowhole.com)
O processamento de dados ultrarrápido usando pulsos de luz em vez de eletricidade foi criado por cientistas.
A invenção usa ímãs para registrar dados de computador que consomem energia virtualmente zero, resolvendo o dilema de como criar velocidades de processamento de dados mais rápidas sem os altos custos de energia que os acompanham.
Os servidores de data center de hoje consomem entre 2 a 5% do consumo global de eletricidade, produzindo calor que, por sua vez, requer mais energia para resfriar os servidores.
O problema é tão agudo que a Microsoft até mesmo submergiu centenas de seus serviços de data center no oceano em um esforço para mantê-los refrigerados e cortar custos.
A maioria dos dados são codificados como informações binárias (0 ou 1, respectivamente) por meio da orientação de pequenos ímãs, chamados spins, em discos rígidos magnéticos. O cabeçote magnético de leitura / gravação é usado para definir ou recuperar informações usando correntes elétricas que dissipam grandes quantidades de energia.
Agora, uma equipe internacional publicando em Natureza resolveu o problema substituindo a eletricidade por pulsos de luz extremamente curtos - a duração de um trilionésimo de segundo - concentrados por antenas especiais no topo de um ímã.
Este novo método é super rápido, mas tão eficiente em termos de energia que a temperatura do ímã não aumenta de forma alguma.
A equipe inclui o Dr. Rostislav Mikhaylovskiy, anteriormente na Radboud University e agora na Lancaster University, Stefan Schlauderer, Dr. Christoph Lange e Professor Rupert Huber da Universidade de Regensburg, Professor Alexey Kimel da Radboud University e Professor Anatoly Zvezdin da Academia Russa de Ciências.
Eles demonstraram este novo método pulsando um ímã com rajadas de luz ultracurtas (a duração de um milionésimo de milionésimo de segundo) em frequências no infravermelho distante, a chamada faixa espectral terahertz.
Contudo, mesmo as fontes existentes mais fortes de luz terahertz não forneciam pulsos fortes o suficiente para mudar a orientação de um ímã até o momento.
O avanço foi alcançado utilizando o mecanismo de interação eficiente de acoplamento entre spins e campo elétrico terahertz, que foi descoberto pela mesma equipe.
Os cientistas desenvolveram e fabricaram uma antena muito pequena na parte superior do ímã para concentrar e, assim, aumentar o campo elétrico de luz. Este campo elétrico local mais forte foi suficiente para navegar a magnetização do ímã para sua nova orientação em apenas um trilionésimo de segundo.
A temperatura do ímã não aumentou, pois esse processo requer energia de apenas um quantum da luz terahertz - um fóton - por spin.
Dr. Mikhaylovskiy disse:"A perda recorde de baixa energia torna esta abordagem escalonável.
Dispositivos de armazenamento futuros também explorariam a excelente definição espacial de estruturas de antenas, permitindo memórias magnéticas práticas com eficiência energética e velocidade simultaneamente máximas. "
Ele planeja realizar pesquisas adicionais usando o novo laser ultrarrápido da Lancaster University junto com aceleradores do Cockroft Institute, que são capazes de gerar intensos pulsos de luz para permitir a troca de ímãs e determinar a velocidade prática e fundamental e os limites de energia do registro magnético.
