Torcendo il magnetismo in spirali da record, I fisici dell'Università del Nebraska-Lincoln stanno accelerando gli sforzi per trasformare l'equivalente digitale della memoria in una pista di memoria che potrebbe risparmiare energia e spazio nell'elettronica di prossima generazione.

I materiali magnetici contengono atomi che agiscono come versioni in miniatura di un classico magnete a barra, con ciascuno dotato di un polo nord e sud. Nei materiali che esibiscono i campi magnetici più forti – i cosiddetti ferromagneti che trasformano un frigorifero in una galleria fotografica, per esempio, i poli di quegli atomi puntano tutti nella stessa direzione.

Ma quella disposizione ordinata può essere interrotta da uno skyrmion (SKUR'-mee-ahn):un insieme di atomi i cui poli si inclinano sempre più lontano dall'asse magnetico mentre si avvicinano al centro dello skyrmion, con l'atomo al suo centro che punta nella direzione opposta a quell'asse.

I ricercatori avevano precedentemente creato skyrmioni con un diametro di circa 50 nanometri - circa 2, 000 volte più sottile di un capello umano, in un materiale ferromagnetico chiamato monosiliciuro di manganese. Ma un nuovo studio condotto da David Sellmyer del Nebraska e Balamurugan Balasubramanian ha riportato la formazione di skyrmioni larghi appena 13 nanometri, quella che sembra essere la dimensione più piccola possibile nel materiale.

Che la miniaturizzazione conta, Sellmyer ha detto, se le "interessanti strutture magnetiche" devono mantenere la loro promessa come forma di memoria digitale di nuova generazione.

"Uno dei maggiori limiti è stato il diametro di queste cose, " ha detto Sellmyer, Professore distinto di fisica e astronomia della George Holmes University. "Questa scoperta è un passo importante verso il loro sfruttamento per applicazioni del mondo reale".

L'archiviazione dei dati digitali esiste tradizionalmente come lotti separati di atomi polarizzati negativamente e positivamente che rappresentano gli 1 e gli 0, o bit, di codice binario. Perché creare e spostare uno skyrmion richiede molta meno energia rispetto all'allineamento di quei gruppi polarizzati di atomi, i ricercatori vedono la spirale magnetica come un'alternativa interessante per l'archiviazione digitale. Sotto quello scenario, le diverse firme magnetiche prodotte in presenza e assenza di skyrmioni rappresenterebbero i bit binari dei dati.

"Negli ultimi decenni, la densità dell'archiviazione dei dati è salita alle stelle, " ha detto Sellmyer, che dirige il Nebraska Center for Materials and Nanoscience. "I luoghi in tutto il paese stanno costruendo questi siti di archiviazione cloud. La quantità di informazioni che vengono archiviate - e l'energia consumata da questi data center - sta diventando così alta che devi praticamente immaginare una centrale elettrica accanto a loro. Quindi noi necessitano di un'archiviazione dei dati più rapida e a basso consumo energetico."

Prima che ciò possa accadere, Sellmyer ha detto, i ricercatori devono ridurre gli skyrmion a una scala che almeno rivaleggia con i formati di memoria digitale esistenti. Sebbene 13 nanometri siano molto piccoli, il team è riuscito a creare uno skyrmion così piccolo solo a temperature estremamente basse – meno-382 gradi Fahrenheit è la più alta. Trovare un metodo o un materiale in grado di supportare minuscoli skyrmioni a temperatura ambiente rimane un obiettivo importante, Egli ha detto.

Il raggiungimento dell'impresa consentirebbe anche ai ricercatori di sperimentare con i circuiti della memoria:strisce nanoscopiche che potrebbero trasportare i vortici magnetici da un gruppo di atomi a un altro quando spinti da una corrente elettrica. Portando quei bit a un lettore/scrittore di dati piuttosto che viceversa, i progetti di pista potrebbero aumentare la velocità di elaborazione e prolungare la durata dei dischi rigidi.

"Un disco rigido (convenzionale) ha un disco che gira con molte parti mobili, e ci sono incidenti, " ha detto Sellmyer. "Questo nuovo tipo di tecnologia basata su pista sarà un grande miglioramento in quanto i componenti non si usurano, e usi meno energia.

"Molto lavoro deve essere fatto in termini di vedere se si può fare, Per esempio, una striscia larga 20 nanometri e muovere gli skyrmion lungo di essa. Ma questo è l'obiettivo principale di questo lavoro".

Il team ha dettagliato i suoi risultati nella rivista Nanoscala , che ha evidenziato la ricerca sulla sua quarta di copertina.