Oggi quasi tutte le informazioni archiviate su hard disk o server cloud sono registrate su supporti magnetici, perché è non volatile (cioè conserva le informazioni quando l'alimentazione è spenta) ed economica. Per dispositivi portatili come telefoni cellulari e tablet, vengono utilizzate altre forme di memoria non magnetica perché la tecnologia basata sul magnetismo è poco pratica e non è efficiente dal punto di vista energetico. Nell'era dell'archiviazione di dati di massa e dei dispositivi portatili che raccolgono ed elaborano informazioni, la ricerca è attiva per trovare più piccoli, Più veloce, modi più economici e più efficienti dal punto di vista energetico, di elaborare e memorizzare quantità crescenti di dati.

Nel corso della loro ricerca sull'uso delle pareti del dominio magnetico (regioni locali di "carica" ​​magnetica solitamente guidate da campi magnetici) per aumentare la nostra capacità di memorizzazione delle informazioni e di elaborazione logica, i fisici dell'Università di Nottingham hanno scoperto un fenomeno che ha permesso loro di "manipolare" la struttura di un muro di dominio magnetico.

La ricerca svolta dai ricercatori del Gruppo Spintronica della Scuola di Fisica e Astronomia, in collaborazione con la York University, è stato pubblicato sulla rivista ad accesso aperto Rapporti scientifici ( Rapporti scientifici 7, Numero articolo:7613 (2017) DOI:10.1038/s41598-017-07944-9). Potrebbe fornire un percorso per la creazione di una nuova classe di dispositivi altamente efficienti, tecnologia di elaborazione e archiviazione non volatile delle informazioni.

Dottor Andrew Rushforth, dalla Scuola di Fisica e Astronomia, ha dichiarato:"Nella spinta verso una sempre più miniaturizzata, dispositivi portatili, la necessità di archiviare ed elaborare le informazioni a basso consumo energetico sta diventando un problema critico. I concetti per l'archiviazione delle informazioni e l'elaborazione logica basati su pareti di dominio magnetico hanno un grande potenziale per l'implementazione nelle future tecnologie dell'informazione e della comunicazione".

Supporti magnetici

Il vantaggio principale dell'utilizzo del magnetismo è il fatto che lo stato magnetico rimane stabile quando l'alimentazione viene rimossa dal dispositivo, consentire l'archiviazione non volatile delle informazioni. Al contrario, la maggior parte dei processori e dei chip di memoria ad accesso casuale (RAM) memorizzano le informazioni utilizzando una carica elettrica veloce, ma si dissipa quando il dispositivo viene spento.

La memoria magnetica ad accesso casuale (MRAM) è una forma promettente di RAM non volatile basata sul magnetismo che ha recentemente trovato applicazioni in alcuni mercati di nicchia. Nella MRAM le informazioni vengono scritte utilizzando la corrente elettrica che genera calore e campi magnetici vaganti.

Ad oggi non esistono tecnologie che utilizzino il magnetismo per elaborare le informazioni.

Sfruttare il magnetismo per elaborare e memorizzare le informazioni

Una soluzione a questi problemi può risiedere nell'uso di pareti di dominio magnetico. Una parete del dominio magnetico si forma in un filo magnetico e separa le regioni in cui la magnetizzazione punta in direzioni opposte. In determinate condizioni è costituito da una regione in cui la magnetizzazione ruota attorno a un nucleo centrale di vortice, che punta dentro o fuori il filo.

Un'analogia potrebbe essere il modo in cui l'acqua ruota attorno a un nucleo di vortice mentre drena in un foro di scarico. Il senso di rotazione della magnetizzazione nella parete del vortice - la sua chiralità - può essere orario o antiorario. Ci sono state proposte per utilizzare la chiralità sia per memorizzare che per elaborare le informazioni. Il problema è trovare un modo per manipolare il muro del dominio del vortice.

In precedenza è stato dimostrato che la chiralità può essere manipolata applicando campi magnetici a complicate geometrie di nanofili, ma l'uso dei campi magnetici è uno spreco di energia e limita la capacità di indirizzare selettivamente le pareti dei singoli domini.

Una scoperta sorprendente

I ricercatori hanno scoperto un modo per controllare la chiralità della parete del dominio del vortice utilizzando un campo elettrico.

Il dottor Rushforth ha dichiarato:"Non abbiamo deciso di cambiare la chiralità dei muri di dominio. Stavamo effettivamente cercando di vedere se potevamo farli muovere. Quando abbiamo notato che la chiralità stava cambiando, siamo rimasti piuttosto sorpresi, ma ci siamo resi conto che si trattava di un effetto interessante e nuovo che poteva potenzialmente avere importanti applicazioni. Siamo quindi dovuti tornare in ufficio ed eseguire calcoli micromagnetici per capire perché e come si verifica il fenomeno".

Il team ha utilizzato la deformazione indotta da un campo elettrico applicato a un materiale piezoelettrico (che si deforma meccanicamente in risposta a un campo elettrico) per manipolare la chiralità della parete del dominio.

La conoscenza è in una fase iniziale. Fino ad ora non era ovvio come si potessero controllare le pareti del dominio magnetico in modo reversibile e prevedibile utilizzando campi elettrici. Questa ricerca aiuta a risolvere questo problema, ma restano questioni pratiche da affrontare.

La fase successiva del lavoro sarà studiare come la commutazione di chiralità dipenda dalle proprietà del materiale e dalla geometria e dalle dimensioni del filo magnetico.

L'Università di Nottingham ha depositato una domanda di brevetto per un dispositivo di memoria basato sull'effetto.