Man mano che i big data e le applicazioni cloud prosperano, una delle grandi sfide per l'informatica futura è trovare metodi efficienti dal punto di vista energetico per l'archiviazione dei dati.

Il materiale magnetico è comunemente usato per l'archiviazione dei dati, si pensi alle strisce magnetiche sul retro di una carta di credito, e la capacità di invertire la "polarità" (direzione di magnetizzazione) delle particelle magnetiche che vengono trattenute per lunghi periodi di tempo senza bisogno di alimentazione è essenziale alla memoria magnetica non volatile.

Un gruppo di ricercatori della Virginia Commonwealth University School of Engineering ha sviluppato un processo per provocare questo capovolgimento della "polarità" magnetica. Il metodo del gruppo offre una significativa riduzione dell'energia richiesta per i big data e l'archiviazione della memoria cloud.

"Quando si guarda alla riduzione di energia che ciò offre, è un cambiamento importante, " disse Jayasimha Atulasimha, dottorato di ricerca, Professore associato di Qimonda nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Nucleare. "Questo ha il potenziale per ridurre significativamente il consumo di energia nella commutazione di dispositivi di memoria magnetica non volatile".

Il sistema progettato da Atulasimha e dai dottorandi Dhritiman Bhattacharya e Md Mamun Al-Rashid utilizza un campo elettrico per invertire la direzione degli skyrmioni magnetici. Uno skyrmion magnetico è uno stato magnetico caratterizzato da un nucleo che punta verso l'alto o verso il basso, e ruota progressivamente dal suo centro alla sua periferia.

Bhattacharya scoprì che un solo campo elettrico poteva provocare un'inversione nella magnetizzazione del nucleo. Utilizzando un campo elettrico, al posto della corrente o di un campo magnetico, presenta la possibilità di una memoria magnetica più efficiente dal punto di vista energetico per l'elaborazione.

"La cosa eccitante di questo tipo di codifica magnetica è che ci vuole solo una piccola quantità di energia per capovolgersi e una volta che hai la direzione che desideri, può rimanere lì per molto tempo. Non è necessaria energia aggiuntiva, " disse Bhattacharya.

Al-Rashid ha valutato i risultati di Bhattacharya in modo indipendente.

"Siamo rimasti sorpresi dai primi risultati che un campo elettrico da solo potrebbe invertire il nucleo dello skyrmion, ma ora capiamo perché questo accade, ", ha detto Al-Rashid.

Nella fase successiva della ricerca del gruppo, studieranno come funziona questo processo in presenza di rumore termico a temperatura ambiente. Inoltre determineranno quanto sia controllato il processo per valutare se le polarità possono essere invertite ogni volta in presenza di tali disturbi.

Oltre al risparmio energetico per l'archiviazione di big data, questa tecnologia può avere applicazioni in dispositivi integrati nel corpo in modo che possano funzionare con sostituzioni della batteria meno frequenti. Può anche fornire uno strumento per una logica più sofisticata nell'elaborazione e nel recupero dei dati.

"In questo momento abbiamo un'idea supportata da simulazioni rigorose, " ha detto Atulasimha. "Speriamo di studiare questo sistema in modo più approfondito e di lavorare in collaborazione con altri gruppi sperimentali per stabilire una solida prova di concetto nella speranza che questa idea veda applicazioni in una di queste aree".