Pesquisas na Internet, E-mails de uma década e ofertas de vídeo sob demanda ajudam a contribuir para o consumo de eletricidade das fazendas de servidores e data centers da América, chegando a mais de 2% do total anual do país.

Esses data centers - que operam milhões de drives e armazenam grandes quantidades de dados digitais - usam cerca de 70 bilhões de quilowatts-hora por ano de energia. Um kWh é energia suficiente para manter um smartphone carregado por cerca de um ano. A um custo médio de 10 centavos por kWh, o custo anual de toda essa energia é de cerca de US $ 7 bilhões.

Agora, um método que pode reduzir potencialmente o consumo de energia em dispositivos de memória magnética e melhorar suas velocidades está avançando na Purdue University. O método envolve uma combinação de materiais spintrônicos e fotônicos, onde pulsos de laser ultracurtos são empregados para gerar campos magnéticos intensos para manipular a orientação do spin de materiais magnéticos.

"Reunimos esses dois campos para derivar uma solução para um problema de décadas, "disse Ernesto Marinero, professor de engenharia de materiais e engenharia elétrica e da computação na Faculdade de Engenharia de Purdue. "Queríamos descobrir maneiras mais rápidas de alternar a magnetização em dispositivos de memória em nanoescala spintrônica."

Marinero trabalhou com Vlad Shalaev e Alexandra Boltasseva, especialistas em fotônica e professores da Faculdade de Engenharia de Purdue, para desenvolver um novo esforço magneto-fotônico para empregar luz para controlar os processos de magnetização para uma variedade de aplicações - resultando em dispositivos comutáveis ​​ultrarrápidos.

"Estamos entre os primeiros a desenvolver com sucesso um método para comutação totalmente óptica de nanoímãs on-chip em módulos de memória de alta densidade, "Marinero disse.

Esta tecnologia emergente envolve ondas de elétrons coletivas, ou plasmons, acionado quando a luz atinge um material em nanoescala, como um metal que pode sustentar as ondas de elétrons. Esses plasmons geram intensos, campos magnéticos ultracurtos na interface de materiais ópticos e magnéticos criteriosamente escolhidos.

Ao alterar as propriedades da luz incidente, a direção do campo magnético resultante é invertida, que permite a manipulação da orientação magnética no material magnético, um requisito crítico para o armazenamento de informações magnéticas. Simulações numéricas conduzidas por Aveek Dutta, um estudante de graduação em engenharia, prever grandes aprimoramentos de campo magnético impulsionados por excitações induzidas de plasmon.

O método da equipe Purdue envolve o uso do poder da ótica, por meio de recursos chamados ressonâncias de plasmon de superfície localizada, para acoplar luz a nanoímãs e produzir dispositivos spintrônicos mais rápidos comutando velocidades e potencial menor consumo de energia. A luz permite mudar a orientação da magnetização, o princípio fundamental por trás da codificação digital de informações em dispositivos de armazenamento magnético.

"Acreditamos que nosso método pode levar a velocidades de gravação de memória de 1, 000 vezes mais rápido do que os atuais, "Marinero disse." Uma das nossas principais áreas de sucesso é continuar a desenvolver materiais que interajam com os ímãs de maneira eficiente. "