Come si comportano le onde magnetiche negli antiferromagneti e come si diffondono? Che ruolo giocano i "muri di dominio" nel processo? E cosa potrebbe significare questo per il futuro dell'archiviazione dei dati? Queste domande sono al centro di una recente pubblicazione sulla rivista Lettere di revisione fisica da un gruppo di ricerca internazionale guidato dal fisico di Costanza Dr. Davide Bossini. Il team riferisce sui fenomeni magnetici negli antiferromagneti che possono essere indotti da impulsi laser ultraveloci (femtosecondi) e con il potenziale per dotare i materiali di nuove funzionalità per applicazioni di archiviazione dati ad alta efficienza energetica e ultraveloci.

La domanda di capacità di storage sta crescendo più rapidamente dell'infrastruttura disponibile

L'uso sempre più diffuso delle tecnologie dei big data e dei servizi dati basati su cloud significa che la domanda globale di archiviazione dei dati è in costante espansione, insieme alla necessità di un'elaborazione dei dati sempre più veloce. Allo stesso tempo, le tecnologie attualmente disponibili non saranno in grado di tenere il passo per sempre. "Le stime dicono che la crescente domanda può essere soddisfatta solo per un periodo limitato di circa 10 anni, se nessun romanzo, nel frattempo possono essere sviluppate tecnologie più efficienti per l'archiviazione e l'elaborazione dei dati, " afferma il fisico Dr. Davide Bossini dell'Università di Costanza e autore principale dello studio.

Per evitare che si verifichi una crisi dei dati, non sarà sufficiente continuare a costruire sempre più data center, operanti allo stato attuale dell'arte. Le tecnologie del futuro devono anche essere più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alla tradizionale archiviazione di massa dei dati, basato su dischi rigidi magnetici. Una classe di materiali, antiferromagneti, è un candidato promettente per lo sviluppo della prossima generazione di tecnologie dell'informazione.

La struttura degli antiferromagneti

Conosciamo tutti i magneti domestici realizzati in ferro o altri materiali ferromagnetici. Questi materiali hanno atomi che sono magneticamente tutti orientati nella stessa direzione, come piccoli aghi di una bussola, in modo che si verifichi una polarizzazione magnetica (magnetizzazione) che influisce sull'ambiente circostante. Gli antiferromagneti, al contrario, hanno atomi con momenti magnetici alternati che si annullano a vicenda. Gli antiferromagneti non hanno quindi magnetizzazione netta e quindi nessun impatto magnetico sull'ambiente circostante.

All'interno, anche se, questi corpi antiferromagnetici che si trovano abbondantemente in natura sono suddivisi in molte aree più piccole chiamate domini, dove i momenti magnetici opposti sono allineati in direzioni diverse. I domini sono separati l'uno dall'altro da aree di transizione note come "muri di dominio".

"Sebbene queste aree di transizione siano ben note negli antiferromagneti, fino ad ora, si sapeva poco dell'influenza che le pareti del dominio hanno sulle proprietà magnetiche degli antiferromagneti, specialmente durante incrementi di tempo estremamente brevi, "dice il dottor Bossini.

Femtosecondi magnetici fenomeni

Nell'articolo attuale, i ricercatori descrivono cosa succede quando gli antiferromagneti (più specificamente, cristalli di ossido di nichel) sono esposti a impulsi laser ultraveloci (femtosecondi). La scala dei femtosecondi è così corta che anche la luce può spostarsi solo per una distanza molto piccola in questo periodo di tempo. In un quadrilionesimo di secondo (un femtosecondo), la luce viaggia solo per 0,3 micrometri, equivalente al diametro di un piccolo batterio.

Il team internazionale di ricercatori ha dimostrato che le pareti del dominio svolgono un ruolo attivo nelle proprietà dinamiche dell'ossido di nichel antiferromagnete. Gli esperimenti hanno rivelato che possono essere indotte onde magnetiche con frequenze diverse, amplificati e persino accoppiati tra loro in domini diversi, ma solo in presenza di pareti di dominio. "Le nostre osservazioni mostrano che la presenza onnipresente di pareti di dominio negli antiferromagneti potrebbe essere potenzialmente utilizzata per dotare questi materiali di nuove funzionalità su scala ultraveloce, "Spiega Bossini.

Passi importanti verso un'archiviazione dei dati più efficiente

La capacità di accoppiare diverse onde magnetiche attraverso le pareti del dominio evidenzia il potenziale di controllare attivamente la propagazione delle onde magnetiche nel tempo e nello spazio, nonché il trasferimento di energia tra le singole onde alla scala del femtosecondo. Questo è un prerequisito per l'utilizzo di questi materiali per l'archiviazione e l'elaborazione ultraveloci dei dati.

Tali tecnologie di archiviazione dei dati basate su antiferromagneti sarebbero di diversi ordini di grandezza più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a quelle attuali. Sarebbero anche in grado di archiviare ed elaborare una maggiore quantità di dati. Poiché i materiali non hanno magnetizzazione netta, sarebbero anche meno vulnerabili a malfunzionamenti e manipolazioni esterne. "Le tecnologie future basate su antiferromagneti soddisferebbero così tutti i requisiti per la prossima generazione di tecnologie di archiviazione dei dati. Hanno anche il potenziale per tenere il passo con la crescente domanda di capacità di archiviazione e elaborazione dei dati, " conclude Bossini.