Tecnología de almacenamiento de datos magnéticos de próxima generación

• Los investigadores diseñaron nanoestructuras magnéticas con una capa de invisibilidad.
• Se puede lograr una alta velocidad de pequeñas estructuras de bits magnéticos ajustando cuidadosamente la fuerza de la capa invisible.

Para aplicaciones lógicas y de almacenamiento de datos de estado sólido de alto rendimiento, los investigadores se están enfocando en dispositivos basados ​​en espines. Uno de los enfoques prometedores es codificar bits mediante pequeños skyrmions o paredes de dominio, que pueden ser desplazados por corrientes en dispositivos basados ​​en pistas de carreras.

Para los físicos, el magnetismo está relacionado principalmente con los movimientos de rotación de los electrones en los átomos. Los electrones orbitan alrededor del núcleo y giran alrededor de su propio eje. Este movimiento produce un momento magnético del átomo.

El campo magnético de dispersión correspondiente a este momento magnético se utiliza para extraer / leer datos almacenados magnéticamente de un dispositivo. En los discos duros existentes, el tamaño de un bit magnético alcanza hasta 15 * 45 nanómetros, aproximadamente 1 billón de esos podrían colocarse en un sello.

Para almacenar bits magnéticamente en una ubicación fija en el chip y extraerlos más tarde, es necesario transferir los bits magnéticos hacia adelante y hacia atrás en el chip a través de pulsos de corriente. El problema es que el campo magnético disperso evita que los bits se hagan más pequeños para un empaquetado más denso de los datos. Además, el momento magnético asociado con el campo de dispersión debería ser capaz de mover las estructuras.

Capa de invisibilidad de Atom

En este estudio, los investigadores colocaron con éxito una "capa invisible" en nanoestructuras magnéticas y analizaron qué tan rápidos y pequeños pueden llegar a ser estos bits. Para hacer esto, fusionaron átomos de diferentes elementos que tienen electrones girando en la dirección opuesta y por lo tanto tienen momento magnético opuesto.

Esto canceló (o en algunos casos redujo) el campo magnético disperso; sin embargo, cada átomo de la nanoestructura todavía lleva un momento magnético:juntos, estos átomos parecen encubiertos.

Referencia:Naturaleza Nanotecnología | doi:10.1038 / s41565-018-0255-3 | Instituto Max Born

A pesar del encubrimiento, los investigadores tomaron imágenes de las diminutas estructuras a través de holografía de rayos X. Al hacer visibles de forma selectiva los momentos magnéticos de una sola especie atómica, registraron la imagen de la estructura a pesar de la capa de invisibilidad.

Orden ferromagnético (FM) y antiFerromagnético (AFM) entre momentos de átomos vecinos | Cortesía de investigadores

Aplicaciones de almacenamiento de datos

Al configurar cuidadosamente el poder de la capa de invisibilidad, es posible alcanzar dos objetivos simultáneamente.

El tamaño de las estructuras magnéticas circulares es muy pequeño:se encontró que la estructura más pequeña de radio era de solo 5 nanómetros. En el futuro, si estas estructuras pudieran adoptarse en dispositivos de almacenamiento de datos, su capacidad aumentaría significativamente.

Las investigaciones posteriores revelaron que los bits ocultos pueden viajar muy rápidamente mediante pulsos de corriente cortos, uno de los parámetros cruciales para el uso real en dispositivos de memoria. Los investigadores mencionaron que alcanzó una velocidad superior a 1 km / s.

Tanto la órbita del electrón alrededor del núcleo como el giro del electrón alrededor de su propio eje contribuyen de manera diferente al momento magnético:el efecto del propio giro del electrón es dos veces mayor que el efecto de la órbita del electrón.

Se pueden combinar diferentes tipos de átomos con diferentes direcciones de rotación de los electrones para cancelar la rotación general. El llamado momento angular del sistema sería constante, mientras que el sistema aún retendría una pequeña cantidad de momento magnético.

Leer:Almacenamiento de datos con la mayor densidad posible de nanoimanes

Dado que el momento angular desacelera las estructuras magnéticas en movimiento a través de pulsos de corriente, la técnica se puede utilizar para lograr movimientos de alta velocidad. Por lo tanto, si la fuerza de la capa de invisibilidad está configurada correctamente, se pueden obtener estructuras de bits magnéticos de tamaño pequeño y de alta velocidad, un aspecto intrigante de los nuevos conceptos de almacenamiento de datos magnéticos.