Ya sea enviando a los abuelos algunas fotos de los niños, transmitir una película o música, o navegando por Internet durante horas, el volumen de datos que genera nuestra sociedad está aumentando todo el tiempo. Pero esto tiene un precio ya que almacenar datos consume grandes cantidades de energía. Suponiendo que los volúmenes de datos sigan creciendo en el futuro, el consumo de energía relacionado también aumentará en varios órdenes de magnitud. Por ejemplo, se prevé que el consumo de energía en el sector de las tecnologías de la información se elevará a diez petavatios-hora, o diez billones de kilovatios-hora, para 2030. Esto equivaldría a aproximadamente la mitad de la electricidad producida en todo el mundo.

Pero, ¿qué se puede hacer para reducir la cantidad de energía que necesitan los servidores para funcionar? Los datos generalmente se almacenan en una capa de almacenamiento con la ayuda de magnetización. Para escribir o borrar los datos, las corrientes eléctricas pasan a través de estructuras ferromagnéticas multicapa, donde los electrones que fluyen generan un campo magnético efectivo. La magnetización en la capa de almacenamiento "detecta" este campo magnético y cambia su dirección en consecuencia. Sin embargo, cada electrón solo se puede usar una vez. Un importante paso adelante en el almacenamiento de datos energéticamente eficiente implica la construcción de una capa de almacenamiento ferromagnético que incluye un metal pesado como el platino. A medida que la corriente fluye a través del metal pesado, los electrones cambian de un lado a otro entre el metal pesado y la capa ferromagnética. La gran ventaja de esta técnica es que los electrones se pueden reutilizar varias veces, y la corriente requerida para escribir los datos se reduce en un factor de hasta mil.

Duplicar la eficiencia del proceso de almacenamiento

Un equipo de investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) que trabaja en colaboración con investigadores de Forschungszentrum Jülich ha encontrado una manera de duplicar la eficiencia de este proceso de almacenamiento una vez más. "En lugar de utilizar silicio simple como sustrato como es la práctica habitual, empleamos un cristal piezoeléctrico, ", explicó la científica de JGU, Mariia Filianina." Adjuntamos la capa de metal pesado y la capa ferromagnética a esto ". Si luego se aplica un campo eléctrico al cristal piezoeléctrico, genera tensión mecánica en el cristal. Esto, a su vez, aumenta la eficiencia de la conmutación magnética de la capa de almacenamiento, que es el elemento que proporciona el almacenamiento de datos.

El grado de mejora de la eficiencia está determinado por el sistema y la intensidad del campo eléctrico. "Podemos medir directamente el cambio en la eficiencia y, en consecuencia, ajustar la intensidad de campo adecuada, en realidad sobre la marcha, "dijo Filianina. En otras palabras, Es posible controlar directamente la eficacia del proceso de conmutación magnética mediante el ajuste de la intensidad del campo eléctrico al que está expuesto el cristal piezoeléctrico.

Esto no solo viene con una reducción significativa del consumo de energía, sino que también hace posible el uso de arquitecturas complejas para el almacenamiento de información. Los investigadores proponen que si el campo eléctrico solo se aplica a un área pequeña del cristal piezoeléctrico, la eficiencia de conmutación solo aumentará en esa ubicación. Si ahora ajustan el sistema de modo que los pares de giro de los electrones solo puedan cambiarse cuando la deformación se amplifica en el cristal piezoeléctrico, pueden cambiar la magnetización localmente.

"Con este método, podemos realizar fácilmente memorias multinivel y arquitecturas de servidor complejas, "declaró Filianina, candidato a doctorado en la Escuela de Graduados de Excelencia en Ciencia de Materiales en Mainz y en el Centro de Graduados Max Planck.

"Me complace que la colaboración con nuestros colegas de Jülich esté funcionando tan bien. Sin la ayuda de su análisis teórico no podríamos explicar nuestras observaciones. Espero seguir trabajando con ellos en relación con el reciente -obtuvo la beca ERC Synergy, "enfatizó el profesor Mathias Kläui, quien coordinó el trabajo experimental.