I fisici hanno scoperto un approccio molto più veloce per creare uno schema di spin in un magnete. Questa scorciatoia apre un nuovo capitolo nella ricerca sulla topologia. Questa scoperta offre anche un metodo aggiuntivo per ottenere una memorizzazione dei dati magnetici più efficiente. La ricerca sarà pubblicata il 5 ottobre in Materiali della natura .

I fisici hanno precedentemente dimostrato che la luce laser può creare uno schema di spin magnetici. Ora hanno scoperto un nuovo percorso che consente di farlo molto più rapidamente, in meno di 300 picosecondi (un picosecondo è un milionesimo di milionesimo di secondo). Questo è molto più veloce di quanto si pensasse in precedenza possibile.

Utile per l'archiviazione dei dati:skyrmions

I magneti sono costituiti da tanti piccoli magneti, che si chiamano spin. Normalmente, tutti gli spin puntano nella stessa direzione, che determina i poli nord e sud del magnete. Ma le direzioni degli spin insieme a volte formano configurazioni simili a vortici conosciute come skyrmioni.

"Questi skyrmion nei magneti potrebbero essere usati come un nuovo tipo di memorizzazione dei dati, " spiega Johan Mentink, fisico alla Radboud University. Per un certo numero di anni, Gli scienziati di Radboud hanno cercato modi ottimali per controllare il magnetismo con la luce laser e infine utilizzarlo per una memorizzazione dei dati più efficiente. In questa tecnica, impulsi di luce molto brevi vengono sparati su un materiale magnetico. Questo inverte gli spin magnetici nel materiale, che cambia un po' da 0 a 1.

"Una volta che gli spin magnetici assumono la forma simile a un vortice di uno skyrmion, questa configurazione è difficile da cancellare, " dice Mentink. "Inoltre, questi skyrmioni sono grandi solo pochi nanometri (un miliardesimo di metro), in modo da poter memorizzare molti dati su un pezzo di materiale molto piccolo."

scorciatoia

La transizione di fase tra questi due stati in un magnete - tutti gli spin che puntano in una direzione verso uno skyrmion - è paragonabile a una strada su un'alta montagna. I ricercatori hanno scoperto che è possibile prendere una scorciatoia attraverso la montagna riscaldando il materiale molto rapidamente con un impulso laser. In tal modo, la soglia per la transizione di fase si abbassa per un tempo molto breve.

Un aspetto notevole di questo nuovo approccio è che il materiale viene prima portato in uno stato molto caotico, in cui la topologia, che può essere vista come il numero di skyrmioni nel materiale, fluttua fortemente. I ricercatori hanno scoperto questo approccio combinando i raggi X generati dal laser europeo a elettroni liberi ad Amburgo con la microscopia elettronica estremamente avanzata e simulazioni della dinamica di spin. "Questa ricerca ha quindi comportato un enorme sforzo di squadra, " dice Mentink.

Nuove possibilità

Questa scoperta fondamentale ha aperto un nuovo capitolo nella ricerca sulla topologia. Mentink prevede che molti più scienziati inizieranno ora a cercare modi simili per "prendere una scorciatoia attraverso la montagna" in altri materiali.

Questa scoperta consente anche nuovi approcci per creare uno storage dei dati più veloce ed efficiente. C'è una crescente necessità di questo, per esempio a causa del gigantesco, data center ad alto consumo energetico necessari per l'archiviazione di dati di massa nel cloud. Gli skyrmioni magnetici possono fornire una soluzione a questo problema. Poiché sono molto piccoli e possono essere creati molto rapidamente con la luce, molte informazioni possono essere archiviate in modo molto rapido ed efficiente su una piccola area.