Resumen:
Al remodelar y estrechar un rayo láser ultrarrápido, los investigadores de UC San Diego lograron una conmutación óptica en un material magnético compuesto de nueve capas alternas de platino y cobalto, rompiendo el límite habitual de espesor del material de no más de tres capas en experimentos anteriores. Los resultados de la investigación se publicaron en "Nature Communications" el 15 de septiembre.
La información digital en el disco duro está representada por una gran cantidad de pequeñas áreas magnéticas. Los métodos de escritura tradicionales suelen depender de campos magnéticos externos para cambiar el estado de las áreas magnéticas, lo que consume mucha energía y limita la velocidad de escritura de datos. Los investigadores estiman que la conmutación óptica, que utiliza pulsos de luz extremadamente cortos y enfocables para cambiar los estados magnéticos, puede ser más de mil veces más rápida que los métodos que dependen de campos magnéticos externos, pero ha estado limitada en el pasado por la estructura del material magnético y las condiciones de polarización de la luz.
Experimentos anteriores encontraron que cuando el espesor del material magnético excede las tres capas, el efecto de conmutación óptica se suprime, lo que limita el espesor del material y la capacidad de conservar datos durante mucho tiempo; Los primeros planes también requerían que la luz tuviera una polarización específica, es decir, que la dirección del campo eléctrico debía cumplir unas condiciones específicas. Esta vez, el equipo logró cambiar la estructura de platino-cobalto de nueve capas ajustando la forma, el tamaño y la distribución de energía del haz. Al mismo tiempo, ya no requiere una polarización específica, lo que demuestra que la ingeniería del haz tiene el potencial de superar las limitaciones de los materiales y la luz.
El cambio de magnetización se produce gradualmente a lo largo de múltiples pulsos láser. Los primeros pulsos concentran suficiente calor en un área pequeña para invertir el estado magnético en esa área; Los pulsos posteriores expanden gradualmente el área invertida hasta que se estabiliza. Por lo tanto, controlar dónde cae la energía luminosa ayuda a determinar cómo se forman y expanden las regiones magnetizadas. El equipo de investigación dijo que cuanto más pequeño sea el haz, mayor será la oportunidad de lograr un almacenamiento óptico más pequeño y denso en el mismo espacio en el futuro.
La investigación fue completada por el equipo óptico en colaboración con expertos en materiales magnéticos de película delgada. Abdoulaye Endao, autor principal del artículo y profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la escuela, dijo que el equipo no rediseñó el material magnético, sino que rediseñó la luz misma para observar propiedades que antes no se habían creído posibles. El primer autor, Mohammed Walid Khalid, dijo que los resultados experimentales eran novedosos e inusuales, y que el equipo pasó mucho tiempo repitiendo los experimentos para confirmar que los hallazgos no fueron accidentales.
El equipo está trabajando actualmente en estructuras ópticas que pueden confinar la luz en espacios más pequeños, con el objetivo de reducir el haz a cientos de nanómetros para explorar cómo la luz diseñada puede controlar el magnetismo a una escala más pequeña. Para su uso en dispositivos de almacenamiento comerciales, también es necesario resolver el problema de cómo generar y entregar los pulsos de manera práctica. Actualmente, el láser ultrarrápido especializado utilizado en el experimento es difícil de integrar en un chip de computadora. Otra posible ruta es encontrar materiales magnéticos que puedan producir efectos similares bajo la acción de láseres que sean más fáciles de integrar.
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