Torcendo o magnetismo em pequenas espirais recorde, Os físicos da Universidade de Nebraska-Lincoln estão acelerando os esforços para transformar o equivalente digital da via da memória em uma pista de corrida da memória que poderia economizar energia e espaço na eletrônica de próxima geração.

Os materiais magnéticos contêm átomos que agem como versões em miniatura de um ímã de barra clássico, com cada um apresentando um pólo norte e sul. Nos materiais que exibem os campos magnéticos mais fortes - os chamados ferromagnetos, que transformam um refrigerador em uma galeria de fotos, por exemplo - os pólos desses átomos apontam todos na mesma direção.

Mas esse arranjo ordenado pode ser interrompido por um skyrmion (SKUR'-mee-ahn):um conjunto de átomos cujos pólos se inclinam cada vez mais para longe do eixo magnético à medida que se aproximam do centro do skyrmion, com o átomo em seu núcleo apontando na direção oposta desse eixo.

Os pesquisadores já haviam criado skyrmions com um diâmetro de cerca de 50 nanômetros - cerca de 2, 000 vezes mais fino que um cabelo humano - em um material ferromagnético chamado monossilicida de manganês. Mas um novo estudo liderado por David Sellmyer e Balamurugan Balasubramanian de Nebraska relatou a formação de skyrmions de apenas 13 nanômetros de largura - o que parece ser o menor tamanho possível no material.

Que a miniaturização é importante, Sellmyer disse, se as "estruturas magnéticas interessantes" devem cumprir sua promessa como uma forma de memória digital da próxima geração.

"Uma das maiores limitações é o diâmetro dessas coisas, "disse Sellmyer, George Holmes University Professor ilustre de física e astronomia. "Esta descoberta é um passo importante para explorá-los para aplicações do mundo real."

O armazenamento digital de dados existe tradicionalmente como lotes separados de átomos polarizados negativa e positivamente que representam os 1s e 0s, ou bits, de código binário. Porque criar e mover um skyrmion exige muito menos energia do que alinhar esses grupos polarizados de átomos, os pesquisadores veem a espiral magnética como uma alternativa atraente para armazenamento digital. Nesse cenário, as diferentes assinaturas magnéticas produzidas na presença e ausência de skyrmions representariam os bits binários de dados.

"Nas últimas décadas, a densidade de armazenamento de dados atingiu o teto, "disse Sellmyer, que dirige o Nebraska Center for Materials and Nanocience. “Lugares em todo o país estão construindo esses sites de armazenamento em nuvem. A quantidade de informações que estão sendo armazenadas - e a energia consumida por esses data centers - está ficando tão alta que você praticamente tem que imaginar uma usina de energia ao lado deles. precisam de armazenamento de dados mais rápido e com muito menos energia. "

Antes que isso aconteça, Sellmyer disse, os pesquisadores precisam reduzir os skyrmions a uma escala que pelo menos rivalize com os formatos de memória digital existentes. Embora 13 nanômetros seja muito pequeno, a equipe conseguiu criar um pequeno skyrmion apenas em temperaturas extremamente baixas - -382 graus Fahrenheit sendo o mais alto. Encontrar um método ou material que possa suportar minúsculos skyrmions em temperatura ambiente continua sendo um objetivo principal, ele disse.

Alcançar o feito também permitiria aos pesquisadores fazer experimentos com pistas de corrida da memória:faixas nanoscópicas que podem transportar os vórtices magnéticos de um grupo de átomos para outro quando impulsionados por uma corrente elétrica. Ao trazer esses bits para um leitor / gravador de dados, em vez de vice-versa, designs de pista de corrida podem aumentar as velocidades de processamento e estender a vida útil dos discos rígidos.

"Um disco rígido (convencional) tem um disco girando com muitas partes móveis, e há travamentos, "Sellmyer disse." Este novo tipo de tecnologia baseada em pistas de corrida será uma grande melhoria, pois os componentes não se desgastarão, e você usa menos energia.

"Muito trabalho precisa ser feito em termos de ver se é possível fazer, por exemplo, uma faixa de 20 nanômetros de largura e mova os skyrmions ao longo dela. Mas esse é o objetivo geral deste trabalho. "

A equipe detalhou suas descobertas no jornal Nanoescala , que destacou a pesquisa na contracapa.