ricerche su Internet, le e-mail decennali e le offerte di video on-demand contribuiscono al consumo di elettricità delle server farm e dei data center americani pari a oltre il 2% del totale annuo del paese.

Questi data center, che gestiscono milioni di unità e contengono enormi quantità di dati digitali, utilizzano circa 70 miliardi di chilowattora all'anno di energia. Un kWh è sufficiente per mantenere carico uno smartphone per circa un anno. Ad un costo medio di 10 centesimi per kWh, il costo annuale di tutta quella potenza è di circa 7 miliardi di dollari.

Ora alla Purdue University sta avanzando un metodo che può potenzialmente ridurre il consumo di energia nei dispositivi di memoria magnetica e migliorarne la velocità. Il metodo prevede una combinazione di materiali spintronici e fotonici, dove vengono impiegati impulsi laser ultracorti per generare intensi campi magnetici per manipolare l'orientamento di spin dei materiali magnetici.

"Abbiamo unito questi due campi per ricavare una soluzione a un problema vecchio di decenni, " disse Ernesto Marinero, un professore di ingegneria dei materiali e ingegneria elettrica e informatica nel College of Engineering di Purdue. "Volevamo trovare modi più rapidi per commutare la magnetizzazione nei dispositivi di memoria spintronici su nanoscala".

Marinero ha lavorato con Vlad Shalaev e Alexandra Boltasseva, esperti di fotonica e professori del Purdue's College of Engineering, per sviluppare un nuovo sforzo magneto-fotonico per utilizzare la luce per controllare i processi di magnetizzazione per una varietà di applicazioni, risultando in dispositivi commutabili ultraveloci.

"Siamo tra i primi a sviluppare con successo un metodo per la commutazione completamente ottica di nanomagneti su chip in moduli di memoria ad alta densità, " ha detto Marino.

Questa tecnologia emergente coinvolge onde elettroniche collettive, o plasmoni, innescato quando la luce colpisce un materiale su scala nanometrica come un metallo che può sostenere le onde degli elettroni. Questi plasmoni generano intensi, campi magnetici ultracorti all'interfaccia di materiali ottici e magnetici scelti con giudizio.

Modificando le proprietà della luce incidente, la direzione del campo magnetico risultante è invertita, che consente la manipolazione dell'orientamento magnetico nel materiale magnetico, un requisito critico per l'archiviazione delle informazioni magnetiche. Simulazioni numeriche condotte da Aveek Dutta, uno studente laureato in ingegneria, prevedere grandi miglioramenti del campo magnetico guidati da eccitazioni plasmoniche indotte.

Il metodo del team Purdue prevede l'utilizzo della potenza dell'ottica, attraverso caratteristiche chiamate risonanze plasmoniche superficiali localizzate, accoppiare la luce ai nanomagneti e produrre dispositivi spintronici più veloci, velocità di commutazione e un potenziale minor consumo di energia. La luce consente la commutazione dell'orientamento della magnetizzazione, il principio chiave alla base della codifica digitale delle informazioni nei dispositivi di memorizzazione magnetici.

"Riteniamo che il nostro metodo potrebbe portare a velocità di scrittura della memoria pari a 1, 000 volte più veloci di quelli attuali, " ha detto Marinero. "Una delle nostre aree chiave per il successo è continuare a sviluppare materiali che interagiscono con i magneti in modo efficiente".