El almacenamiento de datos magnéticos se ha considerado durante mucho tiempo demasiado lento para su uso en las memorias de trabajo de las computadoras. Los investigadores de ETH ahora han investigado una técnica mediante la cual la escritura de datos magnéticos se puede realizar considerablemente más rápido y con menos energía.

Desde hace casi setenta años, Se han utilizado cintas magnéticas y discos duros para el almacenamiento de datos en computadoras. A pesar de muchas tecnologías nuevas que se han desarrollado entretanto, la magnetización controlada de un medio de almacenamiento de datos sigue siendo la primera opción para archivar información debido a su longevidad y bajo precio. Como medio para realizar memorias de acceso aleatorio (RAM), sin embargo, que se utilizan como memoria principal para procesar datos en computadoras, Las tecnologías de almacenamiento magnético durante mucho tiempo se consideraron inadecuadas. Esto se debe principalmente a su baja velocidad de escritura y su consumo de energía relativamente alto.

Pietro Gambardella, Profesor del Departamento de Materiales de la ETH Zurich, y sus colegas, junto con colegas del Departamento de Física y del Instituto Paul Scherrer (PSI), ahora han demostrado que utilizando una técnica novedosa, El almacenamiento magnético aún se puede lograr muy rápido y sin desperdiciar energía.

Inversión de magnetización sin bobinas

En las tecnologías tradicionales de almacenamiento de datos magnéticos, Se utilizan soportes de datos en cinta o en disco recubiertos con una aleación de cobalto. Una bobina portadora de corriente produce un campo magnético que cambia la dirección de magnetización en una pequeña porción del soporte de datos. En comparación con las velocidades de los procesadores modernos, este procedimiento es muy lento, y la resistencia eléctrica de las bobinas conduce a una pérdida de energía. Sería, por lo tanto, Sería mucho mejor si se pudiera cambiar la dirección de magnetización directamente, sin desviarnos por bobinas magnéticas.

En 2011, Gambardella y sus colegas ya demostraron una técnica que podía hacer precisamente eso:una corriente eléctrica que pasa a través de una película semiconductora especialmente revestida invierte la magnetización en un pequeño punto metálico. Esto es posible gracias a un efecto físico llamado giro-órbita-par. En este efecto, una corriente que fluye en un conductor conduce a una acumulación de electrones con momento magnético opuesto (espines) en los bordes del conductor. El electrón gira Sucesivamente, crean un campo magnético que hace que los átomos de un material magnético cercano cambien la orientación de sus momentos magnéticos. En un nuevo estudio, los científicos ahora han investigado cómo funciona este proceso en detalle y qué tan rápido es. Los resultados fueron publicados recientemente en la revista científica Nanotecnología de la naturaleza .

Resolución espacial con rayos X

En su experimento, los investigadores invirtieron la magnetización de un punto de cobalto que tenía un diámetro de solo 500 nanómetros utilizando pulsos de corriente eléctrica que fluían a través de un cable de platino adyacente. Durante este proceso, expusieron el punto de cobalto a rayos X fuertemente enfocados que se crearon en la fuente de luz suiza de PSI. Los rayos X escanearon el punto sucesivamente con una resolución espacial de 25 nanómetros. La fuerza con la que el punto absorbió los rayos X en un punto particular dependía de la dirección de magnetización local.

"De esta manera obtuvimos una imagen bidimensional de la magnetización dentro del punto de cobalto y pudimos observar cómo el pulso actual lo cambiaba gradualmente", explica Manuel Baumgartner, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en el grupo de investigación de Gambardella.

Así, los investigadores pudieron observar que la inversión de magnetización ocurrió en menos de un nanosegundo, considerablemente más rápido que en otras técnicas estudiadas recientemente. "Es más, ahora podemos predecir sobre la base de los parámetros experimentales cuándo y dónde comienza y dónde termina la inversión de magnetización ", Añade Gambardella. En otras técnicas, la inversión también es impulsada por una corriente eléctrica, pero es provocado por fluctuaciones térmicas en el material, lo que provoca grandes variaciones en el momento de la inversión.

Posible aplicación en RAM

Los investigadores enviaron hasta un billón de pulsos de inversión a través del punto de cobalto a una frecuencia de 20 MHz sin observar ninguna reducción en la calidad de la inversión de magnetización. "Esto nos da la esperanza de que nuestra tecnología sea adecuada para aplicaciones en RAM magnéticas", dice el ex postdoctorado de Gambardella Kevin Garello, también autor principal del estudio. Garello ahora trabaja en el centro de investigación IMEC en Lovaina, Bélgica, investigando la realización comercial de la técnica.

En un primer paso a los investigadores ahora les gustaría optimizar sus materiales para hacer que la inversión funcione aún más rápido y con corrientes más pequeñas. Una posibilidad adicional es mejorar la forma de los puntos de cobalto. Por ahora, esos son circulares, pero otras formas como elipses o diamantes podrían hacer que la inversión de magnetización sea aún más eficiente, dicen los investigadores. Las RAM magnéticas podrían, entre otras cosas, hacer que la carga del sistema operativo al arrancar una computadora sea obsoleta:los programas relevantes permanecerán en la memoria de trabajo incluso cuando se apague la alimentación.