Ilustración de la rápida respuesta atómica de nanopartículas de hierro-platino a la luz láser. Los átomos de hierro se muestran en rojo, átomos de platino en azul. Un breve destello de luz láser roja desmagnetiza la muestra (transición de flechas alineadas a una orientación de flecha aleatoria). Esto conduce a una compresión de la estructura atómica en una dirección y una expansión en otra. Crédito:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Los científicos del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía han visto por primera vez cómo los átomos en las nanopartículas de hierro y platino, un material de próxima generación para dispositivos de almacenamiento de datos magnéticos, responden extremadamente rápido a breves destellos láser. La comprensión de estos movimientos fundamentales podría conducir potencialmente a nuevas formas de manipular y controlar dichos dispositivos con luz.
Combinando instantáneas de dos "cámaras" de resolución atómica ultrarrápidas líderes en el mundo en SLAC, el láser de rayos X de fuente de luz coherente Linac (LCLS) y un aparato para difracción de electrones ultrarrápida (UED), el equipo demostró que los flashes láser desmagnetizaban el hierro. -partículas de platino en menos de una billonésima de segundo, provocando que los átomos del material se acerquen en una dirección y se alejen más en otra.
Los resultados también proporcionan la primera descripción a nivel atómico de la deformación mecánica, conocido como magnetostricción, que ocurre en materiales magnéticos cuando se cambia la magnetización. El fenómeno se manifiesta de muchas formas, incluido el zumbido eléctrico de los transformadores. Antes del estudio, publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , Los investigadores habían asumido que estos cambios estructurales ocurren con relativa lentitud. Sin embargo, los nuevos datos sugieren que los procesos ultrarrápidos podrían desempeñar un papel importante.
"Los modelos anteriores de las propiedades de las nanopartículas de hierro y platino no consideraban estos movimientos atómicos fundamentales y extremadamente rápidos, "dice Hermann Dürr, el investigador principal del estudio del Instituto Stanford de Ciencias de los Materiales y la Energía (SIMES), que es operado conjuntamente por SLAC y Stanford. "Aunque todavía no comprendemos todas las ramificaciones de estos procesos, incluirlos en nuestros cálculos podría abrir nuevas vías para el desarrollo de futuras tecnologías de almacenamiento de datos ".
Imagen de nanopartículas de hierro-platino tomada con un microscopio electrónico de transmisión de barrido. Crédito:Tyler Chase / Stanford / SLAC National Accelerator Laboratory
Superando los límites del almacenamiento de datos magnéticos
Los dispositivos de almacenamiento magnético se utilizan ampliamente para registrar información producida en prácticamente todas las áreas de nuestro mundo digital. y se cree que seguirán siendo soluciones de almacenamiento de datos cruciales para el futuro previsible. Frente a cantidades cada vez mayores de volúmenes de datos globales, Los ingenieros de hardware tienen como objetivo maximizar la densidad con la que estos medios pueden almacenar información.
Sin embargo, las tecnologías actuales se están acercando a sus límites técnicos. Las unidades de disco duro de hoy, por ejemplo, puede alcanzar densidades de almacenamiento de varios cientos de miles de millones de bits por pulgada cuadrada, y no se espera que los dispositivos futuros similares superen mucho más de un billón de bits por pulgada cuadrada. Se requieren nuevos desarrollos para llevar el almacenamiento de datos magnéticos al siguiente nivel.
Patrón de intensidad en un detector creado por rayos X (izquierda) y electrones que han pasado a través de una muestra de nanopartículas de hierro y platino. Los datos de rayos X revelan información sobre el estado magnético de la muestra, y los datos de los electrones proporcionan detalles de la estructura atómica. Crédito:Alexander Reid / SLAC National Accelerator Laboratory
"Un enfoque muy prometedor que podría llevarnos allí es la grabación magnética asistida por calor en discos duros utilizando granos nanométricos de materiales como hierro-platino, "dice Eric Fullerton, director del Center for Memory and Recording Research de la Universidad de California, San Diego, y coautor del nuevo estudio. "En este método, la información está codificada con un láser nanofocado y un campo magnético, o posiblemente incluso un láser solo, que cambian la magnetización de las nanopartículas. Estas unidades de próxima generación, que puede tener densidades de almacenamiento mucho mayores, ya se están probando en la industria y pronto podrían estar disponibles comercialmente ".
