- Pesquisadores demonstram controle de laser de magnetons em materiais magnéticos finos
- Pulsos visíveis sintonizam frequências magnéticas sem condições criogênicas
- Ímãs em escala nanométrica são promissores para armazenamento mais rápido e computação sem silício
Os pesquisadores demonstraram uma nova maneira de ajustar o comportamento magnético em materiais ultrafinos usando pulsos de laser visíveis à temperatura ambiente.
O trabalho controla magnons, que são excitações coletivas de spin que desempenham um papel fundamental em dispositivos magnéticos.
pesquisa publicada em Comunicações da Naturezamostra que ímãs com espessura nanométrica podem ajustar suas frequências magnônicas para cima e para baixo sob demanda. O material utilizado tem apenas 20 nm de espessura e é compatível com designs eletrônicos compactos.
Muitas opções
Os Magnons já são fundamentais para unidades de disco rígido e conceitos emergentes de computação baseados em spin. Ser capaz de controlar com precisão a sua frequência tem sido visto há muito tempo como um requisito para dispositivos práticos.
Em experimentos anteriores, efeitos semelhantes só foram alcançados usando lasers infravermelhos médios, temperaturas criogênicas ou materiais a granel. Estas limitações limitaram caminhos realistas para uso comercial.
Neste novo trabalho, os pesquisadores usaram pulsos curtos de laser de luz visível combinados com um modesto campo magnético externo de menos de 200 mT. Isso permitiu que as frequências magnon mudassem 40% de seu valor original.
As experiências foram realizadas à temperatura ambiente utilizando uma película de granada de ítrio e ferro substituída por bismuto cultivada num substrato de granada de gadolínio escândio e gálio (GSGG). O baixo retardo do filme e a forte resposta magneto-óptica foram essenciais.
Ao ajustar a intensidade do laser e a força do campo magnético, a equipe foi capaz de escolher com segurança aumentar ou diminuir a frequência magnon.
Este grau de controle vem da interação entre o aquecimento óptico, a anisotropia magnética e o campo aplicado.
Os pulsos de laser atuam como um mecanismo de ajuste ultrarrápido, em vez de uma simples fonte de calor. Eles alteram temporariamente a rigidez magnética do material, o que altera diretamente a rapidez com que os magnons oscilam.
Como o efeito opera em escalas de tempo de nanossegundos, ele abre a porta para elementos lógicos magnéticos que podem ser reconfigurados quase instantaneamente.
Esses dispositivos podem evitar algumas das limitações de calor e descamação da eletrônica de silício.
A combinação de operação em temperatura ambiente, controle de luz visível e espessura em escala nanométrica significa que essa abordagem pode ser incorporada em futuros sistemas de armazenamento, processamento de sinal e computação baseada em spin.
Em termos simples, a investigação pode ajudar a tornar a tecnologia quotidiana mais rápida e eficiente, sendo uma das utilizações mais óbvias o armazenamento de dados.
Discos rígidos e grandes servidores em nuvem dependem de materiais magnéticos, e ser capaz de controlá-los com mais precisão com luz significa que os dados podem ser gravados e movidos muito mais rápido do que hoje.
Também pode envolver a criação de novos tipos de chips de computador que usam magnetismo em vez de corrente elétrica para processar informações.
Isso produziria menos calor e consumiria menos energia, o que poderia levar a laptops mais silenciosos, maior duração da bateria e – o Santo Graal dos hiperscaladores – data centers mais baratos de operar.
Outro uso possível é o hardware que pode mudar o que está acontecendo em tempo real. Em vez de construir um chip de tarefa única, a luz poderia ser usada para mudar seu comportamento quase instantaneamente, permitindo que uma peça de hardware realizasse diferentes tarefas.
Como o efeito funciona à temperatura ambiente e em camadas mais finas que um fio de cabelo humano, não se limita a experiências de laboratório, o que significa que poderá eventualmente ser incorporado em telefones, computadores e sistemas de armazenamento portáteis que as pessoas usam todos os dias.
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