Nový spôsob ovládania magnetizmu môže priniesť revolúciu v ukladaní dát

Súčasné magnetické pevné disky a obrovské dátové centrá narážajú na svoje fyzikálne a energetické limity. V tomto kontexte prichádza prelomový objav, ktorý by mohol zmeniť pravidlá hry. Tím vedcov pod vedením Exeterskej univerzity predstavil metódu, ktorá využíva teplo – tradične nepriateľa elektroniky – ako nástroj na ovládanie magnetizmu v bezprecedentnom meradle, čo otvára dvere k revolúcii v ukladaní dát.

Jadrom tohto objavu sú takzvané dvojrozmerné (2D) materiály. Laicky si ich možno predstaviť podľa najznámejšieho príkladu, grafénu, ktorý tvorí jediná vrstva atómov uhlíka usporiadaná do štruktúry včelieho plástu. Tieto materiály, hrubé len jeden atóm, vykazujú mimoriadne elektronické a fyzikálne vlastnosti, ktoré sa v ich trojrozmerných formách nevyskytujú. Výskumníci sa zamerali na špecifickú triedu týchto materiálov, známu ako 2D van der Waalsove magnety.

Ide o vrstvené materiály s extrémne slabými väzbami medzi jednotlivými vrstvami. Práve táto vlastnosť, ktorá by sa mohla zdať ako slabina, sa ukázala byť ich najväčšou prednosťou. Slabé medzivrstvové väzby spôsobujú výnimočne nízku tepelnú vodivosť. V bežnej elektronike by to bol obrovský problém, pretože teplo by sa nemohlo efektívne odvádzať. Vedci však tento koncept obrátili naruby. Uvedomili si, že ak sa teplo nerozptyľuje rýchlo, dá sa presne lokalizovať a využiť.

To, čo bolo kedysi chybou, sa stalo kľúčovou vlastnosťou, ktorá umožňuje premeniť deštruktívny vedľajší produkt na konštruktívny nástroj. Novátorská metóda, ktorú vyvinul tím Dr. Macieja Dąbrowského, využíva presne načasované laserové pulzy na manipuláciu s magnetizmom.

Proces prebieha v dvoch krokoch: najprv laserový pulz špecifickej vlnovej dĺžky zahreje nepatrný bod na 2D materiáli. Takmer okamžite nasleduje druhý pulz s inou vlnovou dĺžkou, ktorý zmeria výsledné zmeny v magnetickom stave materiálu. Tento prístup umožňuje monitorovanie a ovládanie magnetizmu v reálnom čase na časových škálach femtosekúnd (čo je biliardtina sekundy, 10−15 s) a s priestorovým rozlíšením menším ako jeden mikrometer.

Najrevolučnejším aspektom je však to, že celý proces funguje bez akýchkoľvek externých magnetických polí. Súčasné technológie na zápis dát vyžadujú generovanie magnetických polí, čo je energeticky náročné a pomalé. Eliminácia tohto kroku predstavuje obrovský skok v efektivite a rýchlosti. Tento objav nie je ojedinelým úkazom, ale skôr vrcholom v rýchlo napredujúcej oblasti.

Iní vedci nedávno zistili, že je možné premeniť nemagnetické materiály na magnetické jednoduchým narezaním na atomárne tenké vrstvy, zatiaľ čo fyzici na MIT skúmajú takzvanú „twistroniku“, kde skladanie a natáčanie vrstiev 2D materiálov voči sebe vytvára úplne nové a nečakané magnetické vlastnosti. Tieto pokroky naznačujú, že vstupujeme do éry „materiálov na mieru“.

Fyzici už len neobjavujú vlastnosti existujúcich materiálov; aktívne konštruujú materiály s požadovanými vlastnosťami od základov. Ovládaním počtu vrstiev, uhla ich natočenia alebo aplikovaním energie novými spôsobmi v podstate píšu nové pravidlá správania sa elektrónov a ich spinov. 

Dôsledky tohto výskumu sú obrovské a presahujú akademickú zvedavosť. Kladú základy pre ultrarýchle, energeticky nezávislé pamäťové zariadenia, ktoré budú menšie, spoľahlivejšie a neporovnateľne úspornejšie ako čokoľvek, čo je dnes k dispozícii.  

Zdroj: phys.org.

^{Zdroj Foto: Elton Santos}