Novo conceito oferece potencial para armazenamento de dados mais eficiente

Pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), TU Chemnitz, TU Dresden e Forschungszentrum Jülich foram os primeiros a demonstrar que não apenas bits individuais, mas sequências inteiras de bits podem ser armazenadas em domínios cilíndricos: pequenas áreas cilíndricas medindo apenas cerca de 100 nanômetros.

Conforme relata a equipe no periódico Materiais Eletrônicos Avançadosessas descobertas podem abrir caminho para novos tipos de armazenamento de dados e sensores, incluindo até mesmo variantes magnéticas de redes neurais.

“Um domínio cilíndrico, que nós físicos também chamamos de domínio de bolha, é uma área cilíndrica minúscula em uma fina camada magnética. Seus spins, o momento angular intrínseco dos elétrons que gera o momento magnético no material, apontam para uma direção específica.

“Isso cria uma magnetização que difere do resto do ambiente. Imagine uma pequena bolha magnética em forma de cilindro flutuando em um mar de magnetização oposta”, diz o Prof. Olav Hellwig do Instituto de Física de Feixes de Íons e Pesquisa de Materiais do HZDR. Ele e sua equipe estão confiantes de que tais estruturas magnéticas possuem um grande potencial para aplicações spintrônicas.

Paredes de domínio se formam nas bordas deste domínio cilíndrico, áreas de franjas nas quais a direção da magnetização muda. Na tecnologia de armazenamento magnético, que a equipe de Hellwig está tentando alcançar, será crucial controlar precisamente a estrutura de spin na parede de domínio, já que sua direção horária ou anti-horária pode ser usada diretamente para codificar bits.

Os pesquisadores também estão se concentrando em outro aspecto: “Nossos discos rígidos atuais, com suas larguras de trilha de 30 a 40 nanômetros e comprimentos de bits de 15 a 20 nanômetros, acomodam aproximadamente um terabyte em uma superfície do tamanho de um selo postal. Estamos trabalhando para superar essa limitação de densidade de dados estendendo o armazenamento para a terceira dimensão”, explica Hellwig.

A solução: Metamateriais em 3D

Estruturas magnéticas multicamadas são uma maneira atraente de controlar a estrutura de spin interna das paredes de domínio porque as energias magnéticas envolvidas podem ser ajustadas pela combinação de diferentes materiais e espessuras de camadas.

A equipe de Hellwig usou blocos de camadas alternadas de cobalto e platina, separadas por camadas de rutênio, e as depositou em wafers de silício. O metamaterial resultante é um antiferromagneto sintético. Sua característica especial é uma estrutura de magnetização vertical na qual blocos de camadas adjacentes têm direções opostas de magnetização, resultando em uma magnetização neutra líquida geral.

“É aqui que entra o conceito de memória ‘pista de corrida’. O sistema é como uma pista de corrida, ao longo da qual os bits são organizados como um colar de pérolas. O engenhoso sobre nosso sistema é que podemos controlar especificamente a espessura das camadas e, portanto, suas propriedades magnéticas.

“Isso nos permite adaptar o comportamento magnético do antiferromagneto sintético para permitir o armazenamento não apenas de bits individuais, mas de sequências inteiras de bits, na forma de uma direção de magnetização dependente da profundidade das paredes do domínio”, explica Hellwig.

Isso abre a perspectiva de transportar esses domínios de cilindros multibit ao longo dessas rodovias de dados magnéticos de maneira controlada, rápida e com baixo consumo de energia.

Há também potencial para outras aplicações em magnetoeletrônica. Por exemplo, eles podem ser usados ​​em sensores magnetoresistivos ou em componentes spintrônicos. Além disso, tais nano-objetos magnéticos complexos têm grande potencial para implementações magnéticas em redes neurais que podem processar dados da mesma forma que o cérebro humano.