Els descobriments d'experiments amb imants i làser podrien ser una gran ajuda per a l'emmagatzematge de dades d'eficiència energètica.
"Volíem estudiar la física de les interaccions optomagnètiques", va dir Rahul Jangid, que va dirigir l'anàlisi de dades del projecte mentre obtenia el seu doctorat. en ciència i enginyeria de materials sota la direcció de Roopali Kukreja, professor associat de la UC Davis. "Què passa quan arribes a un domini magnètic amb un pols làser molt curt?"
Un domini és una regió dins d'un imant que gira del pol nord al pol sud. Aquesta propietat s'utilitza per a l'emmagatzematge de dades, com ara les unitats de disc dur de l'ordinador.
Jangid i els seus col·legues van trobar que quan un imant és colpejat per un làser polsat, les parets del domini de la capa ferromagnètica es mouen a uns 66 quilòmetres per segon, que és unes 100 vegades més ràpid que el límit de velocitat que es pensava anteriorment.
Les parets de domini que es mouen a aquestes velocitats podrien afectar dràsticament com s'emmagatzemen i processen les dades, proporcionant una memòria més ràpida i estable i reduint el consum d'energia dels dispositius d'espintrònica, com ara les unitats de disc dur, que utilitzen girs electrònics dins de múltiples capes de metall magnètic per emmagatzemar. processar o transmetre informació.
"Ningú pensava que aquestes parets poguessin moure's tan ràpid perquè se suposa que haurien d'arribar als seus límits", va dir Jangid. "Sona absolutament plàtan, però és cert". Es tracta de "plàtans" a causa del fenomen de trencament de Walker, que diu que les parets del domini només es poden empènyer fins a una velocitat determinada abans que es trenquin i deixin de moure's. Tanmateix, aquest estudi proporciona proves que els làsers es poden utilitzar per conduir parets de domini a velocitats desconegudes anteriorment.
Mentre que la majoria de dispositius personals, com ara ordinadors portàtils i telèfons mòbils, utilitzen unitats flash més ràpides, els centres de dades utilitzen discs durs més barats i lents. Tanmateix, cada vegada que es processa o es gira una mica d'informació, les unitats cremen molta energia utilitzant un camp magnètic per conduir la calor a través de les bobines. Si les unitats poguessin utilitzar polsos làser a les capes magnètiques, els dispositius funcionarien a voltatges més baixos i l'energia necessària per girar els bits es reduiria molt.
Les projeccions actuals suggereixen que les TIC representaran el 21 per cent de la demanda energètica mundial l'any 2030, contribuint al canvi climàtic, una troballa destacada per Jangid i els seus coautors en un article titulat "Velocitats extremes de la paret del domini sota una excitació òptica ultraràpida", que es va publicar. 19 de desembre a la revista Physical Review Letters. El descobriment arriba en un moment en què la recerca de tecnologies d'estalvi energètic és fonamental.
Per dur a terme l'experiment, Jangid i els seus col·laboradors, inclosos investigadors de l'Institut Nacional de Ciència i Tecnologia; la Universitat de Califòrnia, San Diego; la Universitat de Colorado, la Universitat de Colorado Springs i la Universitat d'Estocolm van utilitzar la instal·lació de recerca multidisciplinària per a la radiació làser d'electrons lliures, una font làser d'electrons lliures situada a Trieste, Itàlia.
"El làser d'electrons lliures és una instal·lació boja", va dir Jangid. "És un tub de buit de 2-milla de llargada on agafeu un grapat d'electrons, els accelereu a la velocitat de la llum i, finalment, els feu girar per produir raigs X tan brillants que, si no aneu amb compte, el vostre La mostra es podria vaporitzar com enfocant tota la llum solar que cau a la Terra en un cèntim, és a dir, la quantitat de flux de fotons que tenim al làser d'electrons lliures.
A Fermi, el grup va utilitzar raigs X per mesurar què passa quan els imants a escala nanomètrica amb múltiples capes de cobalt, ferro i níquel són excitats per polsos de femtosegons. Un femtosegon es defineix com 10 a menys quinze de segon, o una milionèsima de mil milions de segon.
"Hi ha més femtosegons en un segon que dies a l'edat de l'univers", va dir Jangid. "Aquestes són mesures molt petites, extremadament ràpides i és difícil escoltar-les".
Jangid està analitzant les dades i ha descobert que són aquests polsos làser ultra ràpids els que exciten la capa ferromagnètica, fent que les parets del domini es moguin. A partir de la rapidesa amb què es mouen aquestes parets de domini, l'estudi suggereix que aquests polsos làser ultra ràpids podrien canviar els bits d'informació emmagatzemats aproximadament 1,000 vegades més ràpid que els mètodes basats en el camp magnètic o el corrent de gir que s'utilitzen actualment.
La tècnica està lluny de ser pràctica perquè els làsers actuals consumeixen molta potència. Tanmateix, Jangid diu que processos similars als que utilitzen els discs compactes per emmagatzemar informació amb làsers i reproductors de CD per reproduir informació amb làsers podrien funcionar en el futur.
Els passos següents inclouen explorar més les propietats físiques del mecanisme que permet velocitats ultraràpides de la paret del domini per sobre dels límits coneguts anteriorment, així com la imatge del moviment de la paret del domini. Aquesta investigació continuarà a la UC Davis sota el lideratge de Kukreja. Ara Jangid està duent a terme investigacions similars al National Synchrotron Light Source 2 del Brookhaven National Laboratory.
"Hi ha molts aspectes dels fenòmens ultraràpids que tot just comencem a entendre", va dir Jangid. "Estic impacient per abordar algunes de les qüestions pendents que podrien desbloquejar avenços transformadors en els camps de l'espintrònica de baixa potència, l'emmagatzematge de dades i el processament de la informació".
