Como as ondas magnéticas se comportam nos antiferromagnetos e como se propagam? Que papel as "paredes de domínio" desempenham no processo? E o que isso pode significar para o futuro do armazenamento de dados? Essas questões são o foco de uma publicação recente na revista. Cartas de revisão física de uma equipe de pesquisa internacional liderada pelo físico de Konstanz, Dr. Davide Bossini. A equipe relata fenômenos magnéticos em antiferromagnetos que podem ser induzidos por pulsos de laser ultrarrápidos (femtossegundos) e com o potencial de dotar os materiais de novas funcionalidades para aplicações de armazenamento de dados ultrarrápidas e com eficiência energética.

A demanda por capacidade de armazenamento está crescendo mais rápido do que a infraestrutura disponível

O uso cada vez maior de tecnologias de big data e serviços de dados baseados em nuvem significa que a demanda global por armazenamento de dados está em constante expansão - junto com a necessidade de um processamento de dados cada vez mais rápido. Ao mesmo tempo, as tecnologias atualmente disponíveis não serão capazes de se manter para sempre. “As estimativas dizem que a demanda crescente só pode ser atendida por um período limitado de cerca de 10 anos, se nenhum romance, tecnologias mais eficientes para armazenamento e processamento de dados podem ser desenvolvidas entretanto, "diz o físico Dr. Davide Bossini da Universidade de Konstanz e principal autor do estudo.

Para evitar que ocorra uma crise de dados, não será suficiente simplesmente continuar construindo mais e mais data centers, operando no estado da arte atual. As tecnologias do futuro também devem ser mais rápidas e eficientes em termos de energia do que o armazenamento de dados em massa tradicional, baseado em discos rígidos magnéticos. Uma classe de materiais, antiferromagnetos, é um candidato promissor para o desenvolvimento da próxima geração de tecnologia da informação.

A estrutura dos antiferromagnetos

Todos estamos familiarizados com os ímãs domésticos feitos de ferro ou outros materiais ferromagnéticos. Esses materiais têm átomos magneticamente orientados na mesma direção - como pequenas agulhas de uma bússola - de modo que ocorre uma polarização magnética (magnetização) que afeta o ambiente circundante. Os antiferromagnetos, por contraste, têm átomos com momentos magnéticos alternados que se cancelam. Assim, os antiferromagnetos não têm magnetização líquida e, portanto, nenhum impacto magnético no ambiente circundante.

Dentro, no entanto, esses corpos antiferromagnéticos abundantemente encontrados na natureza são divididos em muitas áreas menores chamadas de domínios, onde momentos magnéticos opostos são alinhados em direções diferentes. Os domínios são separados uns dos outros por áreas de transição conhecidas como "paredes de domínio".

"Embora essas áreas de transição sejam bem conhecidas em antiferromagnetos, até agora, pouco se sabia sobre a influência que as paredes de domínio têm nas propriedades magnéticas dos antiferromagnetos - especialmente durante incrementos de tempo extremamente curtos, "diz o Dr. Bossini.

Fenômenos magnéticos de femtossegundo

No artigo atual, os pesquisadores descrevem o que acontece quando os antiferromagnetos (mais especificamente, cristais de óxido de níquel) são expostos a pulsos de laser ultrarrápidos (femtossegundos). A escala de femtossegundos é tão curta que mesmo a luz só pode se mover uma distância muito pequena neste período de tempo. Em um quatrilionésimo de segundo (um femtossegundo), a luz viaja apenas 0,3 micrômetro - equivalente ao diâmetro de uma pequena bactéria.

A equipe internacional de pesquisadores mostrou que as paredes de domínio desempenham um papel ativo nas propriedades dinâmicas do óxido de níquel antiferromagneto. Os experimentos revelaram que ondas magnéticas com diferentes frequências podem ser induzidas, amplificados e até acoplados entre si em diferentes domínios - mas apenas na presença de paredes de domínio. "Nossas observações mostram que a presença onipresente de paredes de domínio em antiferromagnetos poderia ser potencialmente usada para dotar esses materiais com novas funcionalidades em escala ultrarrápida, "Bossini explica.

Passos importantes para um armazenamento de dados mais eficiente

A capacidade de acoplar diferentes ondas magnéticas através das paredes do domínio destaca o potencial de controlar ativamente a propagação das ondas magnéticas no tempo e no espaço, bem como a transferência de energia entre ondas individuais na escala de femtossegundos. Este é um pré-requisito para o uso desses materiais para armazenamento e processamento ultrarrápido de dados.

Essas tecnologias de armazenamento de dados baseadas em antiferroímãs seriam várias ordens de magnitude mais rápidas e mais eficientes em termos de energia do que as atuais. Eles também seriam capazes de armazenar e processar uma quantidade maior de dados. Uma vez que os materiais não têm magnetização líquida, eles também seriam menos vulneráveis ​​a mau funcionamento e manipulação externa. "As futuras tecnologias baseadas em antiferromagnetos atenderiam, portanto, a todos os requisitos para a próxima geração de tecnologia de armazenamento de dados. Eles também têm o potencial de acompanhar a crescente demanda por armazenamento de dados e capacidade de processamento, "conclui Bossini.