I ricercatori del MIT hanno sviluppato un nuovo modo di controllare il movimento dei domini magnetici:la tecnologia chiave nei sistemi di memoria magnetica, come il disco rigido di un computer. Il nuovo approccio richiede poca potenza per scrivere e nessuna potenza per mantenere le informazioni memorizzate, e potrebbe portare a una nuova generazione di archiviazione dati a bassissima potenza.

Il nuovo approccio controlla il magnetismo applicando una tensione, piuttosto che un campo magnetico. Potrebbe portare a dispositivi di memorizzazione magnetici in cui i dati vengono scritti su nanocavi o tracce microscopiche, con "bit" magnetici di dati che sfrecciano lungo di loro come auto su una pista.

Le nuove scoperte sono descritte in un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Nanotecnologia della natura , scritto dall'assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali Geoffrey Beach e dagli studenti laureati Uwe Bauer e Satoru Emori.

"Per centinaia di anni, se avevi un materiale magnetico e volevi cambiare la direzione in cui il materiale è stato magnetizzato, avevi bisogno di un altro magnete, " spiega Beach. Il lavoro del suo team rappresenta un modo completamente nuovo per cambiare gli stati magnetici usando solo un cambiamento di tensione, senza campo magnetico, un processo a potenza molto inferiore. Cosa c'è di più, una volta commutato lo stato magnetico, tiene quel cambiamento, fornendo un'archiviazione stabile dei dati che non richiede alimentazione tranne durante la lettura e la scrittura.

I ricercatori mostrano che questo effetto può essere utilizzato per abilitare nuovi concetti come "memoria della pista, " con bit magnetici che sfrecciano lungo una traccia magnetica. Mentre ci sono state dimostrazioni di laboratorio di tali dispositivi, nessuno si è avvicinato alla fattibilità per l'archiviazione dei dati:il pezzo mancante è stato un mezzo per controllare con precisione la posizione e per selezionare elettricamente i singoli bit magnetici che corrono lungo la pista magnetica.

"I campi magnetici sono molto difficili da localizzare, " Beach dice:se stai cercando di creare minuscoli bit magnetici su un nanofilo o su un binario, i campi magnetici degli elettromagneti utilizzati per leggere e scrivere i dati tendono a diffondersi, rendendo difficile impedire l'interazione con le strisce adiacenti, soprattutto quando i dispositivi diventano sempre più piccoli.

Ma il nuovo sistema può selezionare con precisione singoli bit magnetici rappresentati da minuscoli domini in un nanofilo. Il dispositivo MIT può fermare il movimento dei domini magnetici che sfrecciano a 20 metri al secondo, o circa 45 mph, "in un centesimo, " dice Beach. Possono quindi essere rilasciati su richiesta semplicemente commutando la tensione applicata.

Per raggiungere questa impresa, il team del MIT ha costruito un nuovo tipo di dispositivo che controlla il magnetismo più o meno allo stesso modo in cui un transistor controlla un flusso di elettricità. L'ingrediente chiave è uno strato di materiale ricco di ioni in cui gli atomi sono stati privati ​​degli elettroni, lasciandoli con una carica elettrica. Una tensione applicata a un piccolo elettrodo sopra questo strato sottile può attrarre o respingere quegli ioni; gli ioni, a sua volta, può modificare le proprietà di un magnete sottostante e fermare il flusso dei domini magnetici. Questo potrebbe portare a una nuova famiglia di dispositivi "magnetoionici", suggeriscono i ricercatori.

L'effetto dipende dalle interazioni chimiche al confine tra strati sottili di metallo magnetico e materiali elettrolitici allo stato solido che sono inseriti a sandwich insieme, dice la spiaggia. "Quindi è davvero la chimica dell'interfaccia che determina le proprietà magnetiche, " lui dice.

In pratica, un tale sistema utilizzerebbe un filo o una striscia di materiale ferromagnetico con una serie di piccoli elettrodi sopra di esso. I bit magnetici tra questi elettrodi possono quindi essere scritti o letti selettivamente.

Una volta che l'orientamento della punta magnetica tra due elettrodi è stato impostato da questo dispositivo, "inerentemente manterrà la sua direzione e posizione anche in assenza di potere, " dice Beach. Allora, in pratica, potresti impostare un bit magnetico, "quindi spegni l'alimentazione finché non hai bisogno di rileggerlo, " lui dice.

Poiché la commutazione magnetica non richiede campo magnetico, "non c'è quasi nessuna dissipazione di energia, " dice Beach. Inoltre, il conseguente pinning dei bit magnetici è estremamente forte, risultando in un sistema di archiviazione stabile.

Gli ingredienti chiave del sistema sono "materiali di ossido molto semplici, " dice Bauer. In particolare, questi test hanno utilizzato l'ossido di gadolinio, che è già utilizzato nella produzione di condensatori e nella produzione di semiconduttori.

Dan Allwood, un ricercatore in fisica dei materiali presso l'Università di Sheffield che non è stato coinvolto in questa ricerca, afferma che "non solo offre un nuovo percorso tecnico per controllare i processi di magnetizzazione dinamica in nanostrutture modellate, ma così facendo presenta anche nuovi processi fisici su come la tensione può influenzare il comportamento magnetico più in generale. Comprendere le origini dettagliate di questi effetti potrebbe consentire la creazione di semplici, dispositivi informatici a bassa potenza."

Oltre ai sistemi di archiviazione magnetica, il team del MIT dice, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche per creare nuovi dispositivi elettronici basati sulla spintronica, in cui l'informazione è trasportata dall'orientamento di spin degli atomi. "Apre un dominio completamente nuovo, " dice Beach. "Puoi fare sia l'archiviazione dei dati che il calcolo, potenzialmente a una potenza molto più bassa."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.