Pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova maneira de controlar o movimento de domínios magnéticos - a tecnologia-chave em sistemas de memória magnética, como o disco rígido de um computador. A nova abordagem requer pouco poder de escrita e nenhum poder de manter as informações armazenadas, e pode levar a uma nova geração de armazenamento de dados de consumo extremamente baixo.

A nova abordagem controla o magnetismo aplicando uma voltagem, em vez de um campo magnético. Isso pode levar a dispositivos de armazenamento magnético nos quais os dados são gravados em nanofios microscópicos ou trilhas, com "bits" magnéticos de dados voando ao longo deles como carros em uma pista de corrida.

As novas descobertas são descritas em artigo publicado esta semana na revista. Nature Nanotechnology , escrito pelo professor assistente de ciência dos materiais e engenharia Geoffrey Beach e pelos alunos de graduação Uwe Bauer e Satoru Emori.

"Por centenas de anos, se você tivesse um material magnético e quisesse mudar a direção em que o material foi magnetizado, você precisava de outro ímã, "Beach explica. O trabalho de sua equipe representa uma maneira inteiramente nova de alternar estados magnéticos usando apenas uma mudança na voltagem, sem campo magnético - um processo de energia muito mais baixa. O que mais, uma vez que o estado magnético é alterado, contém essa mudança, fornecendo armazenamento de dados estável que não requer energia, exceto durante a leitura e gravação.

Os pesquisadores mostram que esse efeito pode ser usado para habilitar novos conceitos, como "memória de pista de corrida, "com bits magnéticos acelerando ao longo de uma trilha magnética. Embora tenha havido demonstrações de laboratório de tais dispositivos, nenhum chegou perto da viabilidade para armazenamento de dados:a peça que faltava era um meio de controlar com precisão a posição e selecionar eletricamente bits magnéticos individuais que correm ao longo da pista magnética.

"Os campos magnéticos são muito difíceis de localizar, "Beach diz:se você está tentando criar minúsculos bits magnéticos em um nanofio ou trilha, os campos magnéticos dos eletroímãs usados ​​para ler e gravar dados tendem a se espalhar, tornando difícil evitar a interação com tiras adjacentes, especialmente à medida que os dispositivos ficam cada vez menores.

Mas o novo sistema pode selecionar com precisão bits magnéticos individuais representados por pequenos domínios em um nanofio. O dispositivo MIT pode parar o movimento de domínios magnéticos arremessados ​​a 20 metros por segundo, ou cerca de 45 mph, "em um centavo, "Beach diz. Eles podem então ser liberados sob demanda simplesmente alternando a voltagem aplicada.

Para alcançar esta façanha, a equipe do MIT construiu um novo tipo de dispositivo que controla o magnetismo da mesma forma que um transistor controla o fluxo de eletricidade. O ingrediente principal é uma camada de material rico em íons em que os átomos foram despojados de elétrons, deixando-os com uma carga elétrica. Uma voltagem aplicada a um pequeno eletrodo acima desta camada fina pode atrair ou repelir esses íons; os íons, por sua vez, pode modificar as propriedades de um ímã subjacente e interromper o fluxo de domínios magnéticos. Isso pode levar a uma nova família de dispositivos "magneto-iônicos", os pesquisadores sugerem.

O efeito depende de interações químicas no limite entre camadas finas de metal magnético e materiais eletrolíticos de estado sólido que são ensanduichados, Beach diz. "Portanto, é realmente a química interfacial que determina as propriedades magnéticas, " ele diz.

Na prática, tal sistema usaria um fio ou tira de material ferromagnético com uma série de pequenos eletrodos em cima dele. Os bits magnéticos entre esses eletrodos podem então ser escritos ou lidos seletivamente.

Uma vez que a orientação da broca magnética entre dois eletrodos foi definida por este dispositivo, "inerentemente, manterá sua direção e posição, mesmo na ausência de energia, "Beach diz. Então, na prática, você pode definir um bit magnético, "em seguida, desligue a energia até que você precise lê-lo de volta, " ele diz.

Como a comutação magnética não requer campo magnético, "quase não há dissipação de energia, "Beach diz. Além do mais, a fixação resultante dos bits magnéticos é extremamente forte, resultando em um sistema de armazenamento estável.

Os principais ingredientes do sistema são "materiais de óxido muito simples, "Diz Bauer. Em particular, esses testes usaram óxido de gadolínio, que já é usado na fabricação de capacitores e na fabricação de semicondutores.

Dan Allwood, um pesquisador em física de materiais na Universidade de Sheffield que não estava envolvido nesta pesquisa, diz que "não só oferece um novo caminho técnico para controlar os processos de magnetização dinâmica em nanoestruturas padronizadas, mas ao fazer isso também apresenta novos processos físicos em como a voltagem pode influenciar o comportamento magnético de forma mais geral. Compreender as origens detalhadas desses efeitos pode permitir a criação de dispositivos de tecnologia da informação de baixo consumo ".

Além de sistemas de armazenamento magnético, a equipe do MIT diz, esta tecnologia também pode ser usada para criar novos dispositivos eletrônicos baseados em spintrônica, em que a informação é transportada pela orientação de spin dos átomos. "Isso abre um domínio totalmente novo, "Beach diz." Você pode fazer tanto armazenamento de dados quanto computação, potencialmente com uma potência muito menor. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.