Una nueva investigación ha demostrado que un tipo exótico de comportamiento magnético descubierto hace solo unos años es muy prometedor como una forma de almacenar datos, uno que podría superar los límites fundamentales que de otro modo podrían estar señalando el final de la "Ley de Moore," "que describe las mejoras continuas en la computación y el almacenamiento de datos durante las últimas décadas.

En lugar de leer y escribir datos un bit a la vez cambiando la orientación de las partículas magnetizadas en una superficie, como lo hacen los discos magnéticos de hoy, el nuevo sistema haría uso de pequeñas perturbaciones en la orientación magnética, que han sido apodados "skyrmions". Estas partículas virtuales, que se producen en una fina película metálica intercalada contra una película de metal diferente, se puede manipular y controlar mediante campos eléctricos, y puede almacenar datos durante largos períodos sin la necesidad de un aporte de energía adicional.

En 2016, un equipo dirigido por el profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales del MIT Geoffrey Beach documentó la existencia de skyrmions, pero la ubicación de las partículas en una superficie era completamente aleatoria. Ahora, Beach ha colaborado con otros para demostrar experimentalmente por primera vez que pueden crear estas partículas a voluntad en ubicaciones específicas. que es el siguiente requisito clave para usarlos en un sistema de almacenamiento de datos. También se necesitará un sistema eficiente para leer esos datos para crear un sistema comercializable.

Los nuevos hallazgos se informan esta semana en la revista. Nanotecnología de la naturaleza , en un periódico de Beach, Postdoctorado del MIT Felix Buettner, y el estudiante de posgrado Ivan Lemesh, y otros 10 en el MIT y en Alemania.

El sistema se centra en la región límite entre los átomos cuyos polos magnéticos apuntan en una dirección y aquellos cuyos polos apuntan en la otra dirección. Esta región límite puede moverse hacia adelante y hacia atrás dentro del material magnético, Beach dice. Lo que él y su equipo encontraron hace cuatro años fue que estas regiones fronterizas podían controlarse colocando una segunda hoja de metal pesado no magnético muy cerca de la capa magnética. La capa no magnética puede influir en la magnética, con campos eléctricos en la capa no magnética empujando alrededor de los dominios magnéticos en la capa magnética. Los Skyrmions son pequeños remolinos de orientación magnética dentro de estas capas, Playa agrega.

La clave para poder crear skyrmions a voluntad en ubicaciones particulares, resulta, yace en defectos materiales. Al introducir un tipo particular de defecto en la capa magnética, los skyrmions quedan atrapados en lugares específicos de la superficie, el equipo encontró. Las superficies con defectos intencionales se pueden utilizar como una superficie de escritura controlable para los datos codificados en los skyrmions. El equipo se dio cuenta de que, en lugar de ser un problema, los defectos en el material podrían ser beneficiosos.

"Una de las piezas que faltan más" necesarias para hacer de skyrmions un medio práctico de almacenamiento de datos, Playa dice, era una forma fiable de crearlos cuando y donde se necesitaban. "Así que este es un avance significativo, " el explica, gracias al trabajo de Buettner y Lemesh, los autores principales del artículo. "Lo que descubrieron fue una forma muy rápida y eficiente de escribir" tales formaciones.

Porque los skyrmions, básicamente pequeños remolinos de magnetismo, son increíblemente estables a las perturbaciones externas, a diferencia de los polos magnéticos individuales en un dispositivo de almacenamiento magnético convencional, los datos se pueden almacenar utilizando solo un área diminuta de la superficie magnética, tal vez solo unos pocos átomos de ancho. Eso significa que se podrían escribir muchos más datos en una superficie de un tamaño determinado. Esa es una cualidad importante Beach explica, porque los sistemas magnéticos convencionales ahora están alcanzando los límites establecidos por la física básica de sus materiales, potencialmente poner fin a la mejora constante de las capacidades de almacenamiento que son la base de la Ley de Moore. El nuevo sistema, una vez perfeccionado, podría proporcionar una forma de continuar ese progreso hacia un almacenamiento de datos cada vez más denso, él dice.

El sistema también podría codificar datos a velocidades muy altas, haciéndolo eficiente no solo como sustituto de medios magnéticos como discos duros, pero incluso para los sistemas de memoria mucho más rápidos que se utilizan en la memoria de acceso aleatorio (RAM) para el cálculo.

Pero lo que todavía falta es una forma eficaz de leer los datos una vez almacenados. Esto se puede hacer ahora utilizando una sofisticada espectroscopia magnética de rayos X, pero eso requiere equipos demasiado complejos y costosos para formar parte de un sistema de memoria de computadora práctico. Los investigadores planean explorar mejores formas de recuperar la información, que podría ser práctico de fabricar a escala.

El espectrógrafo de rayos X es "como un microscopio sin lentes, Buettner explica:por lo que la imagen se reconstruye matemáticamente a partir de los datos recopilados, en lugar de flexionar físicamente los haces de luz con lentes. Existen lentes para rayos X, pero son muy complejos, y cuesta $ 40, 000 a $ 50, 000 cada uno, él dice.

Pero puede ser posible una forma alternativa de leer los datos, usando una capa de metal adicional agregada a las otras capas. Al crear una textura particular en esta capa agregada, puede ser posible detectar diferencias en la resistencia eléctrica de la capa dependiendo de si hay un skyrmion presente o no en la capa adyacente. "No hay duda de que funcionaría, Buettner dice:es solo una cuestión de averiguar el desarrollo de ingeniería necesario. El equipo está siguiendo esta y otras posibles estrategias para abordar la pregunta de lectura.