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Verso un’archiviazione dei dati più rapida ed efficiente, PI n. 83/2021

17.08.2021 – 14:11

Università di Costanza

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Verso un’archiviazione dei dati più rapida ed efficiente

Il team di ricerca con la partecipazione dell’Università di Costanza sta scoprendo fenomeni magnetici negli antiferromagneti, che potrebbero aprire la strada allo sviluppo di dispositivi di archiviazione dati più veloci ed efficienti.

Come si comportano e si propagano le onde magnetiche negli antimagneti, materiali che vengono scambiati come candidati per l’archiviazione futura dei dati? E che ruolo giocano in questo i cosiddetti “muri di dominio”? Queste sono le domande post attuale Un team di ricerca internazionale guidato dal fisico Constance D. David Bossini recentemente pubblicato sulla rivista di settore messaggi di revisione fisica È apparso. In questo articolo, i ricercatori descrivono i fenomeni magnetici negli antiferromagneti che possono essere attivati ​​con impulsi laser estremamente brevi nell’intervallo dei femtosecondi e con l’aiuto di materiali possono essere fornite nuove funzioni da utilizzare come dispositivi di archiviazione dati ultraveloci e a risparmio energetico. Nel futuro.

La necessità di storage sta crescendo più rapidamente dell’infrastruttura associata

Il rapido aumento delle tecnologie per i big data e l’uso di servizi basati su cloud sta portando a una crescita costante della domanda globale di archiviazione ed elaborazione dei dati più veloci. Tuttavia, le tecnologie attualmente disponibili non saranno in grado di far fronte a questo a lungo termine. dice il dott. David Bossini, fisico dell’Università di Costanza e primo autore del presente studio.

Per evitare un crunch dei dati, non sarà sufficiente fornire semplicemente maggiori quantità di capacità di archiviazione. Le tecnologie sostenibili devono anche diventare più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai tradizionali dispositivi di archiviazione di massa. Una classe di materiali scambiati come un candidato promettente e una risorsa per lo sviluppo della prossima generazione di tecnologie dell’informazione sono i cosiddetti antimagneti.

Struttura anti-magnete

Conosciamo tutti i magneti permanenti in ferro o altri materiali ferromagnetici della nostra vita quotidiana. Al loro interno, la disposizione modificata dei momenti magnetici degli atomi vicini – che possono essere visualizzati come minuscoli aghi di bussola – crea polarizzazione magnetica o “magnetizzazione”, che agisce anche vicino al magnete. Con i cosiddetti antiferromagneti, invece, la direzione dei momenti magnetici tra atomi vicini cambia in modo che si annullino a vicenda. Quindi gli antiferromagneti non hanno una magnetizzazione netta – appaiono “non magnetici” all’esterno.

All’interno, i corpi antimagnetici sono divisi in un gran numero di regioni più piccole, i cosiddetti domini, che differiscono nella direzione speciale dei momenti magnetici opposti. In corrispondenza delle loro interfacce, questi domini sono separati l’uno dall’altro da regioni di transizione, denominate “pareti di dominio”. “Sebbene queste transizioni siano onnipresenti negli antiferromagneti, in precedenza si sapeva poco dell’effetto delle pareti del campo sulle proprietà magnetiche degli antimagneti, specialmente quando si osservano scale temporali molto brevi”, afferma Bossini.

Fenomeni magnetici nell’intervallo dei femtosecondi

Nel loro attuale articolo specialistico, i ricercatori descrivono cosa succede quando gli antiferromagneti, in questo caso i cristalli di ossido di nichel, vengono eccitati con impulsi laser ultracorti nell’intervallo dei femtosecondi. La scala dei femtosecondi include tempi così brevi che la luce copre solo distanze molto brevi durante questo periodo: in femtosecondi – un quarto di milionesimo di secondo – la luce si sposta di soli 0,3 micrometri, che corrisponde al diametro di un piccolo batterio.

Il team di ricerca internazionale è stato in grado di dimostrare che le pareti del dominio svolgono un ruolo attivo nelle proprietà dinamiche degli antimagneti. In particolare, i test hanno dimostrato che le onde magnetiche di frequenze diverse in un materiale possono essere eccitate, amplificate e persino accoppiate tra loro attraverso i confini del campo. Tuttavia, questo è possibile solo in presenza di muri di dominio. “Le nostre osservazioni mostrano come l’ubiquità delle pareti di dominio negli antiferromagneti possa essere sfruttata per fornire alla materia nuove funzionalità su una scala temporale ultraveloce”, afferma Bossini, spiegando il significato del suo studio.

Passi importanti verso un’archiviazione dei dati più efficiente

L’accoppiamento di diverse onde magnetiche attraverso pareti di campo mostra la possibilità di un controllo efficace della propagazione temporale e spaziale delle onde magnetiche, nonché il trasferimento di energia tra le singole onde nel materiale – nell’intervallo dei femtosecondi. Entrambi sono prerequisiti per l’utilizzo di materiali per l’elaborazione e l’archiviazione dei dati ultraveloci.

Rispetto alle tecnologie di archiviazione tradizionali, tali tecnologie basate su magneti magnetici saranno molte volte più veloci in termini di dimensioni, più efficienti dal punto di vista energetico e possono archiviare ed elaborare i dati a una densità maggiore. In assenza di una rete magnetica, i dati saranno meglio protetti da interferenze e manipolazioni esterne. Pertanto, le future tecnologie basate sui ferromagneti soddisferanno tutti i requisiti che verranno imposti alla prossima generazione di dispositivi di archiviazione dati. Questo dovrebbe darti la possibilità di soddisfare la crescente domanda di spazio di archiviazione e capacità di elaborazione dei dati”, riassume Bossini.

Panoramica dei fatti:

  • Pubblicazione originale: D. Bossini, M. Pancaldi, L. Soumah, M. Basini, F. Mertens, M. Cinchetti, T. Satoh, O. Gomonay, S. Bonetti (2021) Amplificazione ultraveloce e accoppiamento magnetoelastico non lineare di modi Magnon coerenti in Anti magnete. Lettere di revisione fisica. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.077202
  • Indagine sul ruolo delle pareti di campo per le proprietà dinamiche degli antimagneti a femtosecondi
  • In presenza di pareti di dominio, onde magnetiche di frequenze diverse possono essere indotte nel materiale (ossido di nichel) con l’ausilio di impulsi laser, amplificandole e collegandole tra loro attraverso i confini del dominio.
  • Il controllo efficace della propagazione temporale e spaziale delle onde magnetiche, nonché il trasferimento di energia tra le singole onde negli antimagneti, sono passi promettenti verso l’utilizzo di materiali per l’archiviazione di dati e tecniche sostenibili.
  • Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), European Cooperation in Science and Technology (COST), Knut and Alice Wallenberg Foundation, Swedish Research Council (VR), European Research Council (ERC) e National Science Foundation (NSF).

Nota per gli editori:

L’immagine può essere scaricata di seguito:

https://cms.uni-konstanz.de/fileadmin/pi/fileserver/2021/auf_dem_weg.jpg

Didascalia: Per mezzo di impulsi laser nell’intervallo dei femtosecondi, le onde magnetiche (le cosiddette onde di spin coerenti) possono essere eccitate in un campo antimagnetico (sopra). Le onde magnetiche dei domini vicini sono accoppiate tra loro su una scala temporale ultraveloce attraverso le pareti del dominio (in basso).

Credito immagine: Davide Bossini

Kontakt:
Universität Konstanz
Kommunikation und Marketing
Telefon: + 49 7531 88-3603
E-Mail: kum@uni-konstanz.de

– uni.kn

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