Una nuova ricerca ha dimostrato che un tipo esotico di comportamento magnetico scoperto solo pochi anni fa è molto promettente come modo per archiviare i dati, uno che potrebbe superare limiti fondamentali che altrimenti potrebbero segnalare la fine della "Legge di Moore, " che descrive i continui miglioramenti nel calcolo e nell'archiviazione dei dati negli ultimi decenni.

Invece di leggere e scrivere dati un bit alla volta cambiando l'orientamento delle particelle magnetizzate su una superficie, come fanno i dischi magnetici di oggi, il nuovo sistema farebbe uso di minuscoli disturbi nell'orientamento magnetico, che sono stati soprannominati "skyrmions". Queste particelle virtuali, che si verificano su un sottile film metallico racchiuso contro un film di metallo diverso, può essere manipolato e controllato utilizzando campi elettrici, e può memorizzare i dati per lunghi periodi senza la necessità di ulteriore apporto di energia.

Nel 2016, un team guidato dal professore associato di scienza dei materiali e ingegneria del MIT Geoffrey Beach ha documentato l'esistenza di skyrmioni, ma le posizioni delle particelle su una superficie erano del tutto casuali. Ora, Beach ha collaborato con altri per dimostrare sperimentalmente per la prima volta che possono creare queste particelle a piacimento in luoghi specifici, che è il prossimo requisito chiave per il loro utilizzo in un sistema di archiviazione dati. Sarà inoltre necessario un sistema efficiente per la lettura di tali dati per creare un sistema commercializzabile.

Le nuove scoperte sono riportate questa settimana sulla rivista Nanotecnologia della natura , in un articolo di Beach, Il postdoc del MIT Felix Buettner, e studente laureato Ivan Lemesh, e altri 10 al MIT e in Germania.

Il sistema si concentra sulla regione di confine tra gli atomi i cui poli magnetici puntano in una direzione e quelli i cui poli puntano nell'altra direzione. Questa regione di confine può muoversi avanti e indietro all'interno del materiale magnetico, dice la spiaggia. Quello che lui e il suo team hanno scoperto quattro anni fa è che queste regioni di confine possono essere controllate posizionando un secondo foglio di metallo pesante non magnetico molto vicino allo strato magnetico. Lo strato non magnetico può quindi influenzare quello magnetico, con campi elettrici nello strato non magnetico che spingono attorno ai domini magnetici nello strato magnetico. Gli skyrmioni sono piccoli vortici di orientamento magnetico all'interno di questi strati, La spiaggia aggiunge.

La chiave per poter creare skyrmion a piacimento in luoghi particolari, si scopre, risiedere in difetti materiali. Introducendo un particolare tipo di difetto nello strato magnetico, gli skyrmion vengono bloccati in punti specifici sulla superficie, la squadra ha trovato. Quelle superfici con difetti intenzionali possono quindi essere utilizzate come superficie di scrittura controllabile per i dati codificati negli skyrmion. Il team si è reso conto che invece di essere un problema, i difetti del materiale potrebbero effettivamente essere vantaggiosi.

"Uno dei più grandi pezzi mancanti" necessario per rendere gli skyrmions un pratico mezzo di memorizzazione dei dati, Spiaggia dice, era un modo affidabile per crearli quando e dove erano necessari. "Quindi questa è una svolta significativa, " lui spiega, grazie al lavoro di Buettner e Lemesh, gli autori principali del documento. "Quello che hanno scoperto era un modo molto veloce ed efficiente per scrivere" tali formazioni.

Perché gli skyrmion, fondamentalmente piccoli vortici di magnetismo, sono incredibilmente stabili alle perturbazioni esterne, a differenza dei singoli poli magnetici in un dispositivo di memorizzazione magnetica convenzionale, i dati possono essere archiviati utilizzando solo una piccola area della superficie magnetica, forse solo pochi atomi di diametro. Ciò significa che è possibile scrivere molti più dati su una superficie di una determinata dimensione. Questa è una qualità importante, spiaggia spiega, perché i sistemi magnetici convenzionali stanno ora raggiungendo i limiti fissati dalla fisica di base dei loro materiali, potenzialmente arrestando il costante miglioramento delle capacità di archiviazione che sono alla base della legge di Moore. Il nuovo sistema, una volta perfezionato, potrebbe fornire un modo per continuare quel progresso verso un'archiviazione dei dati sempre più densa, lui dice.

Il sistema potrebbe anche codificare i dati a velocità molto elevate, rendendolo efficiente non solo come sostituto di supporti magnetici come dischi rigidi, ma anche per i sistemi di memoria molto più veloci utilizzati nella memoria ad accesso casuale (RAM) per il calcolo.

Ma quello che ancora manca è un modo efficace per leggere i dati una volta che sono stati archiviati. Questo può essere fatto ora utilizzando una sofisticata spettroscopia magnetica a raggi X, ma ciò richiede apparecchiature troppo complesse e costose per far parte di un pratico sistema di memoria per computer. I ricercatori hanno in programma di esplorare modi migliori per recuperare le informazioni, che potrebbe essere pratico da produrre su larga scala.

Lo spettrografo a raggi X è "come un microscopio senza lenti, "Buettner spiega, quindi l'immagine viene ricostruita matematicamente dai dati raccolti, piuttosto che fisicamente piegando i raggi di luce usando le lenti. Esistono lenti per raggi X, ma sono molto complessi, e costa $ 40, 000 a $ 50, 000 a testa, lui dice.

Ma un modo alternativo di leggere i dati può essere possibile, utilizzando uno strato metallico aggiuntivo aggiunto agli altri strati. Creando una texture particolare su questo livello aggiunto, potrebbe essere possibile rilevare differenze nella resistenza elettrica dello strato a seconda che uno skyrmion sia presente o meno nello strato adiacente. "Non c'è dubbio che funzionerebbe, "Buettner dice, è solo questione di capire lo sviluppo ingegneristico necessario. Il team sta perseguendo questa e altre possibili strategie per affrontare la domanda di lettura.