Tecnologia de armazenamento de dados magnéticos de última geração

• Pesquisadores projetaram nanoestruturas magnéticas com uma capa de invisibilidade.
• A alta velocidade de pequenas estruturas de bits magnéticos pode ser alcançada ajustando-se cuidadosamente a resistência da capa invisível.

Para armazenamento de dados de estado sólido de alto desempenho e aplicativos lógicos, os pesquisadores estão se concentrando em dispositivos baseados em spin. Uma das abordagens promissoras é codificar bits por pequenos skyrmions ou paredes de domínio, que podem ser deslocados por correntes em dispositivos baseados em pistas de corrida.

Para os físicos, o magnetismo está principalmente ligado aos movimentos rotacionais dos elétrons nos átomos. Os elétrons orbitam ao redor do núcleo e giram em torno de seu próprio eixo. Este movimento produz um momento magnético do átomo.

O campo de dispersão magnética correspondente a este momento magnético é usado para extrair / ler dados armazenados magneticamente de um dispositivo. Nos discos rígidos existentes, o tamanho de um bit magnético chega a 15 * 45 nanômetros, aproximadamente 1 trilhão deles poderiam ser colocados em um selo.

Para armazenar os bits magneticamente em um local fixo no chip e extraí-los posteriormente, é necessário transferir os bits magnéticos para frente e para trás no chip por meio de pulsos de corrente. O problema é que o campo de dispersão magnética impede que os bits sejam feitos menores para um empacotamento mais denso dos dados. Além disso, o momento magnético associado ao campo disperso deve ser capaz de mover as estruturas ao redor.

Capa da invisibilidade do Atom

Neste estudo, os pesquisadores colocaram com sucesso uma "capa invisível" em nanoestruturas magnéticas e analisaram o quão rápido e pequeno esses bits podem realmente ficar. Para fazer isso, eles fundiram átomos de diferentes elementos que têm elétrons girando na direção oposta e, portanto, têm momento magnético oposto.

Isso cancelou (ou em alguns casos reduziu) o campo magnético de dispersão, no entanto, cada átomo na nanoestrutura ainda carrega um momento magnético:juntos, esses átomos aparecem encobertos.

Referência:Nature Nanotechnology | doi:10.1038 / s41565-018-0255-3 | Instituto Max Born

Apesar da camuflagem, os pesquisadores obtiveram imagens das minúsculas estruturas por meio de holografia de raios-X. Ao tornar seletivamente os momentos magnéticos de apenas uma espécie atômica visíveis, eles gravaram a imagem da estrutura, apesar da capa da invisibilidade.

Ordem Ferromagnética (FM) e AntiFerromagnética (AFM) entre momentos de átomos vizinhos | Cortesia de pesquisadores

Aplicativos de armazenamento de dados

Configurando cuidadosamente o poder da capa da invisibilidade, é possível cumprir dois objetivos simultaneamente.

O tamanho das estruturas magnéticas circulares é muito pequeno:a menor estrutura do raio encontrada tem apenas 5 nanômetros. No futuro, se essas estruturas pudessem ser adotadas em dispositivos de armazenamento de dados, sua capacidade aumentaria significativamente.

As investigações posteriores revelaram que os bits ocultos podem viajar muito rapidamente por pulsos de corrente curtos - um dos parâmetros cruciais para o uso real em dispositivos de memória. Os pesquisadores mencionaram que atingiu a velocidade de mais de 1 km / s.

Tanto a órbita do elétron em torno do núcleo quanto o spin do elétron em torno de seu próprio eixo contribuem de forma diferente para o momento magnético:o efeito do próprio spin do elétron é duas vezes maior do que o efeito da órbita do elétron.

Pode-se combinar diferentes tipos de átomos com diferentes direções de rotação dos elétrons para cancelar a rotação geral. O chamado momento angular do sistema seria constante, enquanto o sistema ainda reteria uma pequena quantidade de momento magnético.

Leia:Armazenamento de dados com a maior densidade possível de nanoímãs

Uma vez que o momento angular desacelera as estruturas magnéticas em movimento por meio de pulsos de corrente, a técnica pode ser usada para obter movimentos de alta velocidade. Portanto, se a força da capa de invisibilidade estiver configurada corretamente, estruturas de bits magnéticos de alta velocidade e de tamanho minúsculo podem ser obtidas - um aspecto intrigante de novos conceitos de armazenamento de dados magnéticos.