- Los investigadores demuestran el control láser a temperatura ambiente de magnones en materiales magnéticos delgados
- Pulsos de luz visible sintonizan frecuencias magnéticas sin condiciones criogénicas
- Los imanes a escala nanométrica son prometedores para el almacenamiento rápido y la informática sin silicio
Los investigadores han demostrado una nueva forma de ajustar el comportamiento magnético en materiales extremadamente delgados utilizando pulsos de láser visibles a temperatura ambiente.
El trabajo se centra en controlar los magnones, que son excitaciones colectivas de espín que desempeñan un papel clave en los dispositivos magnéticos.
Investigación, publicada comunicación de la naturalezamuestra que los imanes de nanómetros de espesor pueden ajustar su frecuencia magnónica hacia arriba y hacia abajo según sea necesario. El material utilizado tiene sólo 20 nm de espesor, lo que lo hace compatible con diseños electrónicos densos.
Innumerables posibilidades
Los magnones ya son fundamentales para tecnologías como las unidades de disco duro y los conceptos informáticos emergentes basados en espín. Ser capaz de controlar con precisión su frecuencia se ha considerado un requisito para los dispositivos prácticos.
En experimentos anteriores, se lograron efectos similares utilizando únicamente láseres de infrarrojo medio, temperaturas criogénicas o materiales pesados. Estas limitaciones limitaron cualquier camino realista hacia el uso comercial.
En este nuevo trabajo, los investigadores utilizaron pulsos láser de luz visible cortos combinados con un modesto campo magnético externo por debajo de 200 mT. Esto permite que las frecuencias del magnón se desvíen hasta en un 40 por ciento de sus valores originales.
Los experimentos se realizaron a temperatura ambiente utilizando películas de granate de hierro y itrio sustituidas con bismuto cultivadas sobre sustratos de granate de gadolinio, escandio y galio (GSGG). La baja amortiguación de la película y su fuerte respuesta magnetoóptica resultaron esenciales.
Al ajustar la intensidad del láser y la fuerza del campo magnético, el equipo pudo elegir de manera confiable si la frecuencia del magnón aumentaba o disminuía.
Este nivel de control proviene de la interacción entre el calentamiento óptico, la anisotropía magnética y el campo aplicado.
Los pulsos láser actúan como un proceso de sintonización muy rápido en lugar de una simple fuente de calor. Cambian temporalmente la fuerza magnética del material, lo que cambia directamente la rapidez con la que oscila el magnón.
Debido a que el efecto opera en una escala de tiempo de nanosegundos, abre la puerta a componentes lógicos magnéticos que pueden reconfigurarse casi instantáneamente.
Estos dispositivos pueden evitar algunas de las limitaciones térmicas y de escala que encuentra la electrónica de silicio.
La combinación de funcionamiento a temperatura ambiente, control de la luz visible y espesor a escala nanométrica significa que este método podría encajar en futuros sistemas informáticos de almacenamiento, procesamiento de señales y basados en espín.
En pocas palabras, la investigación puede ayudar a que la tecnología cotidiana sea más rápida y eficiente, cuyo uso más obvio es el almacenamiento de datos.
Los discos duros y los grandes servidores en la nube dependen de materiales magnéticos y, como la luz puede controlarlos con mayor precisión, los datos se pueden escribir y transferir mucho más rápido que hoy.
Esto podría conducir a nuevos tipos de chips de computadora que utilicen magnetismo en lugar de corriente eléctrica para procesar información.
Generarán menos calor y consumirán menos energía, lo que significa computadoras portátiles más silenciosas, mayor duración de la batería y (el santo grial para los hiperescaladores) centros de datos que son más baratos de operar.
Otro posible uso es el hardware que puede cambiar lo que hace sobre la marcha. En lugar de construir un chip para una sola tarea, se puede utilizar la luz para cambiar su comportamiento casi instantáneamente, permitiendo que una sola pieza de hardware aborde una variedad de tareas.
Debido a que el efecto funciona a temperatura ambiente y en capas más delgadas que un cabello humano, no se limita a experimentos de laboratorio, lo que significa que eventualmente podría incorporarse a los teléfonos, computadoras y sistemas de almacenamiento portátiles que la gente ya usa todos los días.
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