La vida moderna gira en torno a los datos, lo que significa que necesitamos nuevos rápido, y métodos energéticamente eficientes para leer y escribir datos en nuestros dispositivos de almacenamiento. Enfoques basados en óptica, que utilizan pulsos de láser para escribir datos en lugar de imanes, han recibido una atención considerable durante la última década tras el desarrollo de la conmutación totalmente óptica (AOS) para materiales magnéticos. Si bien es rápido y energéticamente eficiente, AOS tiene problemas con la precisión. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven han ideado un nuevo método para escribir datos con precisión en una capa de cobalto-gadolinio (Co / Gd) con un pulso de láser utilizando un material ferromagnético como referencia para ayudar con el proceso de escritura. Su investigación se publica en Comunicaciones de la naturaleza .
Los materiales magnéticos en los discos duros y otros dispositivos almacenan datos como bits de computadora, es decir, 0 y 1, en giros magnéticos orientados hacia arriba o hacia abajo. Tradicionalmente, Los datos se leen y escriben en un disco duro moviendo un pequeño imán sobre el material. Sin embargo, con la demanda de producción de datos, consumo, acceso, y el almacenamiento aumenta continuamente, Existe una demanda considerable de métodos de acceso más rápidos y eficientes desde el punto de vista energético, Tienda, y registrar datos.
La necesidad de un AOS determinista de un solo pulso
La conmutación totalmente óptica (AOS) de materiales magnéticos es un enfoque prometedor en términos de velocidad y eficiencia energética. AOS utiliza pulsos de láser de femtosegundos para cambiar la orientación de los espines magnéticos en la escala de picosegundos. Se pueden utilizar dos mecanismos para escribir datos:conmutación de pulso múltiple y de pulso único. En la conmutación de pulsos múltiples, la orientación final de los giros (es decir, hacia arriba o hacia abajo) es determinista, lo que significa que se puede determinar de antemano por la polarización de la luz. Sin embargo, este mecanismo normalmente requiere varios láseres, lo que ralentiza la velocidad y la eficiencia de la escritura.
Por otra parte, un solo pulso para escribir sería mucho más rápido, pero los estudios sobre AOS de pulso único muestran que la conmutación es un proceso de alternancia. Esto significa que para cambiar el estado de un bit magnético específico, Se necesita conocimiento previo de la broca. En otras palabras, el estado del bit debe leerse primero antes de que pueda sobrescribirse, que introduce una etapa de lectura en el proceso de escritura, y así limita la velocidad.
Un mejor enfoque sería un enfoque AOS determinista de un solo pulso, donde la dirección final de un bit depende solo del proceso utilizado para establecer y restablecer el bit. Ahora, investigadores del grupo de Física de Nanoestructuras del Departamento de Física Aplicada de TU / e han demostrado un nuevo enfoque que puede lograr la escritura determinista de un solo pulso en materiales de almacenamiento magnético, haciendo que el proceso de escritura sea mucho más preciso.
Importancia de las capas de referencia y espaciadora
Por sus experimentos, Los investigadores de TU / e diseñaron un sistema de escritura que consta de tres capas:una capa de referencia ferromagnética hecha de cobalto y níquel que ayuda o evita el cambio de espín en la capa libre, un espaciador o una capa de separación de cobre conductor (Cu), y una capa libre de Co / Gd ópticamente conmutable. El espesor de las capas combinadas es inferior a 15 nm.
Una vez excitado por un láser de femtosegundos, la capa de referencia se desmagnetiza en menos de un picosegundo. Parte del momento angular perdido asociado con los espines en la capa de referencia se convierte luego en una corriente de espín transportada por electrones. Los giros en la corriente se alinean con la orientación del giro en la capa de referencia.
Esta corriente de giro luego se mueve desde la capa de referencia a través de la capa espaciadora de Cu (ver flechas blancas en la imagen) a la capa libre donde puede ayudar o prevenir el cambio de giro en la capa libre. Esto depende de la orientación de giro relativa de las capas de referencia y libres.
La variación de la energía láser conduce a dos regímenes. Primero, por encima de un umbral, las orientaciones de giro finales en la capa libre están completamente determinadas por la capa de referencia, y segundo, por encima de un umbral más alto, se observa el cambio de palanca. Los investigadores han demostrado que juntos estos dos regímenes se pueden utilizar para escribir con precisión los estados de giro en la capa libre sin tener en cuenta su estado inicial durante el proceso de escritura. Este hallazgo presenta un avance importante para aumentar nuestros futuros dispositivos de almacenamiento de datos.
