Eletrônica

Gravação magnética quântica é 1.000 vezes mais rápida

Gravação magnética quântica é 1.000 vezes mais rápida
Como a gravação é feita com os pulsos de laser ainda interagindo com os momentos magnéticos, a comutação magnética é gerada quantum-mecanicamente - não termicamente. Isto abre a possibilidade de criar memórias na faixa dos terahertz.[Imagem: Ames Laboratory]

A gravação de dados magnéticos depende de que se altere uma pequena porção de material magnético - um bit - de um estado para outro, ou de um sentido para outro.

É isso o que acontece continuamente nos discos rígidos, discos de estado sólido, memórias flash e alguns tipos de memórias RAM não-voláteis.

Em um dos avanços mais radicais nesta área nos últimos anos, pesquisadores tornaram esse chaveamento magnético 1.000 vezes mais rápido e, o que é ainda mais promissor, usando unicamente luz.

Se for levada para escala industrial, a tecnologia significará dispositivos de armazenamento de dados funcionando na faixa dos terahertz.

Além de ser totalmente óptica, outra surpresa da nova tecnologia de gravação magnética de dados é que ela funciona com base na mecânica quântica, e não em transferências termais.

Velocidade do magnetismo

Tianqi Li e seus colegas da Universidade de Iowa, nos Estados Unidos, usaram pulsos ultracurtos de laser, na faixa dos femtossegundos, para alterar a estrutura do material, fazendo-a passar de antiferromagnética para ferromagnética.

"O grande desafio da escrita, leitura, armazenamento e computação magnéticas é a velocidade, e nós mostramos que podemos enfrentar o desafio fazendo os chaveamentos magnéticos pensarem ultra-rapidamente, na faixa de femtossegundos - um quadrilionésimo de um segundo - usando 'truques' quânticos com pulsos ultracurtos de laser," disse Wang.

Até agora, essa comutação de ferromagnético para antiferromagnético, e vice-versa, era feita com lasers contínuos, cujo calor fazia o material aquecer e vibrar. Essa vibração, com o auxílio de um campo magnético externo, faz o bit passar de 0 para 1 ou de 1 para 0.

O problema é que esse chaveamento termal depende da vibração dos átomos, e eles costumam "demorar muito" para isso, limitando a tecnologia à faixa dos gigahertz.

Femto-magnetismo quântico

Usando materiais com uma propriedade chamada magnetorresistência colossal, o grupo de Wang dispensou o calor.

O chaveamento é tão rápido que os pesquisadores afirmam só poder explicar o processo pela mecânica quântica, já que o pulso de laser é curto demais para aquecer o material.

"Isso significa que nós temos que descrever o processo e controle do magnetismo usando a mecânica quântica. Nós chamamos isto de femto-magnetismo quântico," disse Wang.

O nome ficou bonito, mas "precisamos descrever o processo pela mecânica quântica" e "sabemos como descrevê-lo" são coisas diferentes - ou seja, o mecanismo preciso de funcionamento ainda é uma incógnita.

"Os materiais magnetorresistivos colossais são muito atraentes para uso tecnológico, mas ainda precisamos entender mais sobre como eles funcionam. E, em particular, temos que entender o que acontece durante os períodos de tempo muito curtos, quando o aquecimento não é significativo e os pulsos de laser ainda estão interagindo com os momentos magnéticos," confessou Wang.

Bibliografia:

Femtosecond switching of magnetism via strongly correlated spin-charge quantum excitations
Tianqi Li, Aaron Patz, Leonidas Mouchliadis, Jiaqiang Yan, Thomas A. Lograsso, Ilias E. Perakis, Jigang Wang
Nature
Vol.: 496, 69-73
DOI: 10.1038/nature11934




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