Riassunto:
Rimodellando e restringendo un raggio laser ultraveloce, i ricercatori dell'UC di San Diego hanno ottenuto la commutazione ottica in un materiale magnetico composto da nove strati alternati di platino e cobalto, superando il limite consueto di spessore del materiale di non più di tre strati negli esperimenti precedenti. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su "Nature Communications" il 15 settembre.
Le informazioni digitali nel disco rigido sono rappresentate da un gran numero di minuscole aree magnetiche. I metodi di scrittura tradizionali di solito si basano su campi magnetici esterni per invertire lo stato delle aree magnetiche, il che consuma elevata energia e limita la velocità di scrittura dei dati. I ricercatori stimano che la commutazione ottica, che utilizza impulsi luminosi estremamente brevi e focalizzabili per modificare gli stati magnetici, potrebbe essere più di mille volte più veloce dei metodi che si basano su campi magnetici esterni, ma in passato è stata limitata dalla struttura del materiale magnetico e dalle condizioni di polarizzazione della luce.
Esperimenti precedenti hanno scoperto che quando lo spessore del materiale magnetico supera i tre strati, l'effetto di commutazione ottica verrà soppresso, limitando lo spessore del materiale e la capacità di conservare i dati per lungo tempo; i primi piani richiedevano anche che la luce avesse una polarizzazione specifica, cioè che la direzione del campo elettrico dovesse soddisfare condizioni specifiche. Questa volta, il team è riuscito a cambiare la struttura a nove strati di platino-cobalto regolando la forma, le dimensioni e la distribuzione dell'energia del fascio. Allo stesso tempo, non richiede più una polarizzazione specifica, dimostrando che l’ingegneria del raggio ha il potenziale per superare i limiti dei materiali e della luce.
L'inversione della magnetizzazione avviene gradualmente su più impulsi laser. I primi impulsi concentrano abbastanza calore in un'area minuscola da invertire lo stato magnetico in quell'area; gli impulsi successivi espandono gradualmente l'area invertita finché non si stabilizza. Pertanto, controllare dove cade l’energia luminosa aiuta a determinare come si formano e si espandono le regioni magnetizzate. Il gruppo di ricerca ha affermato che quanto più piccolo è il raggio, tanto maggiore è l’opportunità di ottenere in futuro una memoria ottica più piccola e più densa nello stesso spazio.
La ricerca è stata completata dal team ottico in collaborazione con esperti di materiali magnetici a film sottile. Abdoulaye Endao, autore senior dell'articolo e professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica della scuola, ha affermato che il team non ha riprogettato il materiale magnetico, ma ha ridisegnato la luce stessa per osservare proprietà che prima non erano state ritenute possibili. Il primo autore, Mohammed Walid Khalid, ha affermato che i risultati sperimentali erano nuovi e insoliti e il team ha trascorso molto tempo a ripetere gli esperimenti per confermare che i risultati non fossero casuali.
Il team sta attualmente lavorando su strutture ottiche in grado di confinare la luce in spazi più piccoli, con l'obiettivo di ridurre il raggio a centinaia di nanometri per esplorare come la luce ingegnerizzata può controllare il magnetismo su scala più piccola. Per l'utilizzo in dispositivi di memorizzazione commerciali, deve essere risolto anche il problema di come generare ed erogare praticamente gli impulsi. Il laser ultraveloce specializzato utilizzato nell’esperimento è attualmente difficile da integrare in un chip di computer. Un’altra strada possibile è quella di trovare materiali magnetici che possano produrre effetti simili sotto l’azione dei laser e che siano più facili da integrare.
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