Resumo:
Ao remodelar e estreitar um feixe de laser ultrarrápido, os pesquisadores da UC San Diego alcançaram a comutação óptica em um material magnético composto por nove camadas alternadas de platina e cobalto, rompendo o limite usual de espessura do material de não mais do que três camadas em experimentos anteriores. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista "Nature Communications" em 15 de setembro.
A informação digital no disco rígido é representada por um grande número de pequenas áreas magnéticas. Os métodos tradicionais de escrita geralmente dependem de campos magnéticos externos para inverter o estado das áreas magnéticas, o que consome muita energia e limita a velocidade de gravação de dados. Os investigadores estimam que a comutação óptica, que utiliza impulsos de luz extremamente curtos e focáveis para alterar os estados magnéticos, pode ser mais de mil vezes mais rápida do que os métodos que dependem de campos magnéticos externos, mas foi limitada no passado pela estrutura do material magnético e pelas condições de polarização da luz.
Experiências anteriores descobriram que quando a espessura do material magnético excede três camadas, o efeito de comutação óptica será suprimido, limitando a espessura do material e a capacidade de preservar dados por um longo tempo; os primeiros planos também exigiam que a luz tivesse uma polarização específica, ou seja, a direção do campo elétrico deveria atender a condições específicas. Desta vez, a equipe conseguiu mudar a estrutura de platina-cobalto de nove camadas ajustando a forma, o tamanho e a distribuição de energia do feixe. Ao mesmo tempo, não requer mais uma polarização específica, mostrando que a engenharia do feixe tem potencial para romper as limitações dos materiais e da luz.
A mudança de magnetização ocorre gradualmente ao longo de vários pulsos de laser. Os primeiros pulsos concentram calor suficiente numa pequena área para inverter o estado magnético nessa área; pulsos subsequentes expandem gradualmente a área invertida até que ela se estabilize. Portanto, controlar onde a energia luminosa incide ajuda a determinar como as regiões magnetizadas se formam e se expandem. A equipe de pesquisa disse que quanto menor o feixe, maior será a oportunidade de obter armazenamento óptico menor e mais denso no mesmo espaço no futuro.
A pesquisa foi concluída pela equipe óptica em colaboração com especialistas em materiais magnéticos de película fina. Abdoulaye Endao, autor sênior do artigo e professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da escola, disse que a equipe não redesenhou o material magnético, mas redesenhou a própria luz para observar propriedades que antes não se pensava serem possíveis. O primeiro autor, Mohammed Walid Khalid, disse que os resultados experimentais eram novos e incomuns, e a equipe passou muito tempo repetindo os experimentos para confirmar que as descobertas não eram acidentais.
A equipe está atualmente trabalhando em estruturas ópticas que podem confinar a luz em espaços menores, com o objetivo de reduzir o feixe para centenas de nanômetros para explorar como a luz projetada pode controlar o magnetismo em menor escala. Para uso em dispositivos de armazenamento comerciais, o problema de como gerar e entregar os pulsos de forma prática também precisa ser resolvido. O laser ultrarrápido especializado usado no experimento é atualmente difícil de integrar em um chip de computador. Outro caminho possível é encontrar materiais magnéticos que possam produzir efeitos semelhantes sob a ação de lasers e mais fáceis de integrar.
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