La luce è il modo più efficiente dal punto di vista energetico per spostare le informazioni. Ancora, la luce mostra un grande limite:è difficile da immagazzinare. Infatti, i data center si basano principalmente su dischi rigidi magnetici. Però, in questi dischi rigidi, l'informazione viene trasferita ad un costo energetico che oggigiorno sta esplodendo. I ricercatori dell'Istituto di integrazione fotonica dell'Università tecnologica di Eindhoven (TU/e) hanno sviluppato una "tecnologia ibrida" che mostra i vantaggi dei dischi rigidi sia luminosi che magnetici.

Gli impulsi di luce ultra-corti (femtosecondi) consentono di scrivere direttamente i dati in una memoria magnetica in modo rapido e ad alta efficienza energetica. Inoltre, non appena le informazioni vengono scritte (e archiviate), avanza lasciando spazio a domini di memoria vuoti da riempire con nuovi dati. Questa ricerca, pubblicato in Comunicazioni sulla natura , promette di rivoluzionare il processo di memorizzazione dei dati nei futuri circuiti integrati fotonici.

I dati sono memorizzati nei dischi rigidi sotto forma di "bit", minuscoli domini magnetici con un polo nord e un polo sud. La direzione di questi poli ("magnetizzazione"), determina se i bit contengono uno 0 digitale o un 1. La scrittura dei dati si ottiene 'commutando' la direzione della magnetizzazione dei bit associati.

Ferrimagneti sintetici

Convenzionalmente, la commutazione avviene quando viene applicato un campo magnetico esterno, che forzerebbe la direzione dei poli verso l'alto (1) o verso il basso (0). In alternativa, la commutazione può essere ottenuta tramite l'applicazione di un breve impulso laser (femtosecondi), che si chiama commutazione completamente ottica, e si traduce in una memorizzazione dei dati più efficiente e molto più veloce.

Mark Lalieu, dottorato di ricerca candidato presso il Dipartimento di Fisica Applicata della TU/e:'La commutazione completamente ottica per l'archiviazione dei dati è nota da circa un decennio. Quando la commutazione completamente ottica è stata osservata per la prima volta nei materiali ferromagnetici, tra i materiali più promettenti per i dispositivi di memoria magnetica, questo campo di ricerca ha ottenuto un grande impulso'. Però, la commutazione della magnetizzazione in questi materiali richiede più impulsi laser e, così, lunghi tempi di scrittura dei dati.

Memorizzazione dei dati mille volte più veloce

Lalieu, sotto la guida di Reinoud Lavrijsen e Bert Koopmans, è stato in grado di ottenere una commutazione completamente ottica in ferrimagneti sintetici - un sistema di materiale altamente adatto per applicazioni di dati spintronici - utilizzando impulsi laser a femtosecondi singoli, sfruttando così l'elevata velocità di scrittura dei dati e il ridotto consumo energetico.

Quindi, come si confronta la commutazione completamente ottica con le moderne tecnologie di archiviazione magnetica? Lalieu:"La commutazione della direzione di magnetizzazione utilizzando la commutazione completamente ottica a impulso singolo è dell'ordine dei picosecondi, che è da 100 a 1000 volte più veloce di quanto è possibile con la tecnologia odierna. Inoltre, poiché le informazioni ottiche sono memorizzate in bit magnetici senza la necessità di dispositivi elettronici costosi dal punto di vista energetico, ha un enorme potenziale per un uso futuro nei circuiti integrati fotonici".

Scrittura dei dati "al volo"

Inoltre, Lalieu ha integrato la commutazione completamente ottica con la cosiddetta memoria da pista, un filo magnetico attraverso il quale i dati, sotto forma di bit magnetici, viene trasportato in modo efficiente utilizzando una corrente elettrica. In questo sistema, i bit magnetici vengono scritti continuamente usando la luce, e immediatamente trasportato lungo il filo dalla corrente elettrica, lasciando spazio a bit magnetici vuoti e, così, nuovi dati da memorizzare.

Koopmans:"Questa copia 'al volo' di informazioni tra piste luminose e magnetiche, senza passaggi elettronici intermedi, è come saltare da un treno ad alta velocità in movimento a un altro. Da un 'Thalys fotonico' a un 'ICE magnetico', senza fermate intermedie. Capirete l'enorme aumento di velocità e riduzione dei consumi energetici che si può ottenere in questo modo”.

Questa ricerca è stata eseguita su fili micrometrici. Nel futuro, i dispositivi più piccoli su scala nanometrica dovrebbero essere progettati per una migliore integrazione sui chip. Inoltre, lavorando per l'integrazione finale del dispositivo di memoria fotonica, il gruppo di Fisica delle Nanostrutture è attualmente impegnato anche nell'indagine sulla lettura dei dati (magnetici), che può essere fatto anche otticamente.