Technologie de stockage de données magnétiques de nouvelle génération

• Les chercheurs ont conçu des nanostructures magnétiques avec une cape d'invisibilité.
• Une vitesse élevée de minuscules structures de bits magnétiques peut être obtenue en ajustant soigneusement la force de la cape invisible.

Pour le stockage de données à semi-conducteurs et les applications logiques hautes performances, les chercheurs se concentrent sur les dispositifs basés sur le spin. L'une des approches prometteuses consiste à encoder des bits par de petits skyrmions ou murs de domaine, qui peuvent être déplacés par les courants dans les appareils basés sur les pistes de course.

Pour les physiciens, le magnétisme est principalement lié aux mouvements de rotation des électrons dans les atomes. Les électrons gravitent autour du noyau et tournent autour de leur propre axe. Ce mouvement produit un moment magnétique de l'atome.

Le champ magnétique parasite correspondant à ce moment magnétique est utilisé pour extraire/lire des données stockées magnétiquement à partir d'un appareil. Dans les disques durs existants, la taille d'un bit magnétique atteint jusqu'à 15*45 nanomètres, environ 1 000 milliards de ceux-ci pourraient être placés sur un timbre.

Pour stocker magnétiquement des bits à un emplacement fixe dans la puce et les extraire plus tard, il est nécessaire de transférer les bits magnétiques dans les deux sens dans la puce par des impulsions de courant. Le problème est que le champ magnétique parasite empêche la réduction des bits pour un emballage plus dense des données. De plus, le moment magnétique associé au champ parasite doit être capable de déplacer les structures.

Cape d'invisibilité d'Atom

Dans cette étude, les chercheurs ont réussi à placer une « cape invisible » sur des nanostructures magnétiques et à analyser à quelle vitesse et à quelle vitesse ces bits peuvent réellement devenir. Pour ce faire, ils ont fusionné des atomes de différents éléments qui ont des électrons tournant dans le sens opposé et donc ils ont un moment magnétique opposé.

Cela a annulé (ou dans certains cas réduit) le champ magnétique parasite, cependant, chaque atome de la nanostructure porte toujours un moment magnétique :ensemble, ces atomes semblent masqués.

Référence :Nature Nanotechnologie | doi:10.1038/s41565-018-0255-3 | Institut Max Born 

Malgré le camouflage, les chercheurs ont imagé les minuscules structures par holographie aux rayons X. En rendant sélectivement visibles les moments magnétiques d'une seule espèce atomique, ils ont enregistré l'image de la structure malgré la cape d'invisibilité.

Ordre ferromagnétique (FM) et antiferromagnétique (AFM) entre moments atomiques voisins | Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Applications de stockage de données

En configurant soigneusement le pouvoir de la cape d'invisibilité, il est possible d'atteindre deux objectifs simultanément.

La taille des structures magnétiques circulaires est très petite :le rayon de la structure la plus petite s'est avéré être de seulement 5 nanomètres. À l'avenir, si ces structures pouvaient être adoptées dans les dispositifs de stockage de données, leur capacité augmenterait considérablement.

Les investigations supplémentaires ont révélé que les bits masqués peuvent voyager très rapidement par de courtes impulsions de courant - l'un des paramètres cruciaux pour une utilisation réelle dans les dispositifs de mémoire. Les chercheurs ont mentionné qu'il atteignait une vitesse supérieure à 1 km/s.

L'orbite de l'électron autour du noyau ainsi que le spin de l'électron autour de son propre axe contribuent différemment au moment magnétique :l'effet du spin propre de l'électron est deux fois plus important que l'effet de l'orbite de l'électron.

On peut combiner différents types d'atomes avec différents sens de rotation des électrons pour annuler la rotation globale. Le soi-disant moment angulaire du système serait constant, tandis que le système conserverait encore une petite quantité de moment magnétique.

Lire :Stockage de données avec la plus haute densité possible de nano-aimants

Étant donné que le moment angulaire décélère les structures magnétiques en mouvement via des impulsions de courant, la technique peut être utilisée pour réaliser des mouvements à grande vitesse. Par conséquent, si la force de la cape d'invisibilité est correctement configurée, des structures de bits magnétiques à grande vitesse et de petite taille peuvent être obtenues - un aspect intrigant des nouveaux concepts de stockage de données magnétiques.