La memoria da pista è una potenziale soluzione di nuova generazione per i nostri dispositivi di archiviazione digitale. Però, gli attuali esperimenti che utilizzano nanofili ferromagnetici a strato singolo sono meno efficienti del previsto. Nuova ricerca pubblicata su Rapporti scientifici mostra che la loro sostituzione con un nanofilo ferrimagnet sintetico a doppio strato riduce i requisiti di corrente elettrica di un fattore dieci, e requisiti di alimentazione di un fattore di cento.

Corse in pista

Quando si acquista un nuovo computer, dobbiamo fare una scelta tra un disco rigido convenzionale economico, e un dispositivo di archiviazione a stato solido. I dischi rigidi convenzionali hanno parti mobili, che può fallire, e ci vuole molta energia per far girare i dischi. I dispositivi a stato solido sono più veloci, e meno incline al fallimento, ma sono notevolmente più costosi. Ricerca recentemente pubblicata in Rapporti scientifici ci avvicina a una terza opzione:un nuovo stile di dispositivo che ha il potenziale per essere 100 volte più economico delle tecnologie attuali.

La memoria da pista è una forma sperimentale di archiviazione che memorizza i dati come una serie di domini magnetici in un nanofilo, utilizzando correnti elettriche per "spingere" i domini oltre un elemento di lettura/scrittura. La memoria Racetrack avrebbe una densità di archiviazione più elevata rispetto ai dispositivi a stato solido comparabili combinati con prestazioni di lettura/scrittura più rapide e un consumo energetico inferiore.

Nei dispositivi sperimentali che utilizzano un singolo nanofilo ferromagnetico, le prestazioni sono state influenzate da imperfezioni nel filo, che rendono più difficile lo spostamento dei domini magnetici, e richiede correnti elettriche più elevate.

I nanofili sintetici di ferrimagnet accelerano le cose

Cristoforo Midolli, Professore di Fisica della Materia Condensata all'Università di Leeds, ha guidato una collaborazione internazionale di ricercatori che studiano l'ipotesi che le prestazioni potrebbero essere migliorate utilizzando un nanofilo a due strati, con domini magnetici opposti in ogni strato per formare un ferrimagnete sintetico. Questo approccio semplificherebbe le strutture delle pareti del dominio.

Poiché avevano bisogno di determinare cosa stava accadendo in entrambi gli strati di filo, i ricercatori hanno utilizzato una combinazione di approcci di imaging. Microscopia elettronica a trasmissione (TEM), svolto presso l'Università di Glasgow, mostrava cosa stava accadendo negli strati combinati. Sulla linea di luce delle nanoscienze di Diamond (I06), i ricercatori hanno utilizzato XMCD-PEEM (dicroismo circolare magnetico a raggi X, Microscopia a emissione di fotoelettroni a raggi X), una tecnica che è molto sensibile alla superficie e quindi vede nello strato superiore del nanofilo. Combinando le due serie di risultati, gli eventi che si verificano in entrambi gli strati possono essere conosciuti.

I risultati hanno mostrato che il ferrimagnete sintetico consente effettivamente alle pareti del dominio di muoversi a una corrente inferiore, di un fattore 10. Ciò corrisponde a una riduzione di 100 volte della quantità di potenza richiesta. La modellazione teorica (effettuata presso il RIKEN Center for Emergent Matter Science) spiega l'effetto, mostrando che i muri di dominio più semplici non sono l'unico fattore; il modo in cui i livelli interagiscono rende anche più facile spostare i dati.

Il traguardo è in vista?

Per sfruttare appieno il potenziale della memoria da pista, deve andare oltre il 2-D (un filo piatto su una superficie piana), alle torri di memoria 3D, a quel punto entreranno in gioco i vantaggi della piena densità di archiviazione/riduzione dei costi. Perché diventi una possibilità è necessaria un'altra svolta. Intanto, Il professor Marrows ha rivolto la sua attenzione agli skyrmion, che descrive come muri di dominio avvolti in oggetti circolari. "Se pensi ai muri del dominio come perline che si muovono su un abaco, " lui dice, "quindi gli skyrmion sono particelle su una superficie - possono muoversi in 2-D. Potrebbero anche essere usati per costruire la memoria della pista su cui si baseranno i nostri dispositivi futuri".

"Ciò che è particolarmente eccitante in questo campo di ricerca, "Prosegue il prof Marrows, "è che stiamo studiando concetti esoterici di fisica quantistica che sono sorprendentemente vicini ad avere applicazioni nel mondo reale".