A vida moderna gira em torno de dados, o que significa que precisamos de novos, velozes, e métodos eficientes de energia para ler e gravar dados em nossos dispositivos de armazenamento. Abordagens baseadas em ótica, que usam pulsos de laser para gravar dados em vez de ímãs, têm recebido atenção considerável na última década após o desenvolvimento de comutação totalmente óptica (AOS) para materiais magnéticos. Embora seja rápido e eficiente em termos energéticos, O AOS tem problemas com a precisão. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Eindhoven desenvolveram um novo método para gravar dados com precisão em uma camada de cobalto-gadolínio (Co / Gd) com um pulso de laser usando um material ferromagnético como referência para ajudar no processo de escrita. A pesquisa deles é publicada em Nature Communications .
Materiais magnéticos em discos rígidos e outros dispositivos armazenam dados como bits de computador, ou seja, 0s e 1s, em spins magnéticos orientados para cima ou para baixo. Tradicionalmente, os dados são lidos e gravados em um disco rígido movendo um pequeno ímã sobre o material. Contudo, com a demanda por produção de dados, consumo, Acesso, e o armazenamento aumenta continuamente, há uma demanda considerável por métodos mais rápidos e eficientes em termos de energia para acessar, armazenar, e registrar dados.
A necessidade de AOS determinístico de pulso único
A comutação totalmente óptica (AOS) de materiais magnéticos é uma abordagem promissora em termos de velocidade e eficiência energética. O AOS usa pulsos de laser de femtossegundos para mudar a orientação dos spins magnéticos na escala de picossegundos. Dois mecanismos podem ser usados para gravar dados:pulso múltiplo e comutação de pulso único. Na comutação de múltiplos pulsos, a orientação final dos spins (ou seja, para cima ou para baixo) é determinista, o que significa que pode ser determinado com antecedência pela polarização da luz. Contudo, esse mecanismo normalmente requer vários lasers, o que diminui a velocidade e a eficiência da escrita.
Por outro lado, um único pulso para escrever seria muito mais rápido, mas estudos em AOS de pulso único mostram que a comutação é um processo de alternância. Isso significa que para alterar o estado de uma ponta magnética específica, é necessário conhecimento prévio da broca. Em outras palavras, o estado do bit deve ser lido primeiro antes que possa ser sobrescrito, que introduz uma fase de leitura para o processo de escrita, e assim limita a velocidade.
Uma abordagem melhor seria uma abordagem determinística de AOS de pulso único, onde a direção final de um bit depende apenas do processo usado para definir e redefinir o bit. Agora, pesquisadores do grupo de Física de Nanoestruturas do Departamento de Física Aplicada da TU / e demonstraram uma nova abordagem que pode alcançar a escrita determinística de pulso único em materiais de armazenamento magnético, tornando o processo de escrita muito mais preciso.
Importância das camadas de referência e espaçadora
Para seus experimentos, os pesquisadores da TU / e projetaram um sistema de escrita que consiste em três camadas - uma camada de referência ferromagnética feita de cobalto e níquel que auxilia ou impede a troca de spin na camada livre, um espaçador de cobre condutivo (Cu) ou camada de lacuna, e uma camada livre de Co / Gd opticamente comutável. A espessura das camadas combinadas é inferior a 15 nm.
Uma vez excitado por um laser de femtossegundo, a camada de referência desmagnetiza em menos de um picossegundo. Parte do momento angular perdido associado aos spins na camada de referência é então convertido em uma corrente de spin transportada por elétrons. Os giros na corrente são alinhados com a orientação dos giros na camada de referência.
Essa corrente de spin então se move da camada de referência através da camada espaçadora de Cu (veja as setas brancas na imagem) para a camada livre, onde pode ajudar ou evitar a troca de spin na camada livre. Isso depende da orientação de rotação relativa das camadas de referência e livres.
A variação da energia do laser leva a dois regimes. Primeiro, acima de um limite, as orientações finais de rotação na camada livre são inteiramente determinadas pela camada de referência, e em segundo lugar, acima de um limite superior, a comutação de alternância é observada. Os pesquisadores mostraram que, juntos, esses dois regimes podem ser usados para a escrita precisa dos estados de spin na camada livre, sem levar em conta seu estado inicial durante o processo de escrita. Essa descoberta apresenta um avanço importante para aumentar nossos futuros dispositivos de armazenamento de dados.
