Un estudi publicat a la revista Advanced Functional Materials i dirigit per investigadors del Regne Unit, en col·laboració amb la línia de llum BOREAS al Sincrotró ALBA, ha demostrat la possibilitat d'emmagatzemar informació magnètica en escales de temps de picosegons a una interfície de ful·lerè - òxid utilitzant el corrent de fotons generat a la capa molecular. Això té un gran potencial per al desenvolupament de memòries d'informació híbrides ultra ràpides ‘eco-friendly’ i sensors magneto-òptics que funcionen a través de la radiació elèctrica o de llum a altes freqüències.

Vols estar al dia? Subscriu-te al nostre newsletter. 1 E-mail cada 2 Mesos!

 

 

Cerdanyola del Vallès (Barcelona), 16 de març de 2023. 

La quantitat d'informació emmagatzemada i en circulació es duplica aproximadament cada 2 a 4 anys en el que es coneix com l'era ‘zettabyte’ (el període a mitjans de la dècada de 2010 quan la quantitat de dades digitals al món va superar per primera vegada un zettabyte -2012- i quan el trànsit IP global va superar per primera vegada un zettabyte -2016-).

La potència i els recursos necessaris per a mantenir aquest intercanvi i emmagatzematge d'informació representen un percentatge cada vegada major dels recursos mundials. Per aconseguir que aquest progrés sigui sostenible a les pròximes dècades, cal trobar tecnologies disruptives que funcionin a freqüències més altes que les que s'utilitzen avui dia (de MHz a THz), alhora que es redueix la potència operativa i es fomenta l'ús de materials ecològics. No obstant això, els dispositius actuals necessiten freqüentment metalls pesants i limitacions de la cara a causa de la velocitat de la inversió de la magnetització i les densitats de corrent necessàries per emmagatzemar o canviar d'informació.

Investigadors de la Universitat de Leeds, en col·laboració amb el Science and Technology Facilities Council, les universitats d'Edimburg i Exeter, i el Sincrotró ALBA, han publicat a la revista Advanced Functional Materials una nova arquitectura de dispositius on la informació s'escriu utilitzant llum en lloc de mètodes tradicionals com camps magnètics en discs durs o corrents elèctrics en memòries d'estat sòlid. Això s'aconsegueix utilitzant una capa de ful·lerè, una forma de carboni com el grafè o el grafit, entre un metall ferromagnètic i un òxid de metall de transició. En aquest material, la irradiació de llum genera parells lligats de forats i electrons (és a dir, excitons) que es poden separar mitjançant camps dielèctrics a cada interfície. Aquests electrons i forats són finalment filtrats per espín, la qual cosa genera una capa magnètica on s'emmagatzema la informació.

"Les interfícies entre molècules i òxids de metall poden donar lloc a funcionalitats que no estan presents en cap dels dos materials per separat. Això porta a noves funcionalitats, com una resposta magneto-òptica que es pot utilitzar per a la detecció o, com s'aplica aquí, en memòries ultra ràpides de baixa potència. Les col·laboracions multinacionals i el suport d'instal·lacions a gran escala com ALBA seran clau en els estudis per establir arquitectures sostenibles i resistents per al futur de la tecnologia” comenta el Prof. Oscar Cespedes, líder del grup d’investigació de l'Escola de Física i Astronomia de la Universitat de Leeds.

La llum de sincrotró, clau per desemmascarar els detalls magnètics de les memòries

L'equip de recerca estudiar l'estructura electrònica, que mostra la formació dels camps dielèctrics i prediu una capa molecular polaritzada d'espín i una superfície d'òxid de metall mig metàl·lic. Cap dels dos estava linealment acoblat amb l'elèctrode de cobalt.

Per estudiar el canvi en les propietats dels corrents de llum i magnètics en canviar la direcció de polarització de la llum amb la magnetització, van utilitzar les capacitats de la línia de llum BOREAS en dispositius abans i després de ser carregat. Els canvis es poden mesurar mitjançant mesures de resolució de temps, i són aparents menys d'un picosegon després de l'exposició.

"Les tecnologies de futur es basen en la miniaturització de la memòria i els dispositius lògics que operen a freqüències creixents. Els nostres descobriments demostren una arquitectura d'emmagatzematge de memòria magnètica localitzada a una interfície funcional que pot explotar les escales de temps de picosegons de les excitacions òptiques. Les capacitats i l'experiència generades a través de la nostra col·laboració amb l'equip de la línia de llum BOREAS eren vitals per interpretar el nostre sistema material", assenyala el Dr. Matthew Rogers, el primer autor de l'article científic.

Figura: a) Una imatge esquemàtica de l'estructura que mostra la generació i el filtratge d'electrons i forats al irradiar. El dispositiu pot ser carregat i descarregat utilitzant llum i portant els electrons a terra. b) Distribució fotovoltaica de la unió utilitzant un làser de 50W 473nm. c) Cicle d'histèresi de la unió amb el camp magnètic paral·lel a l'elèctrode (l'eix de magnetització fàcil, al llarg del qual el material magnetitza amb menys energia).

Referència: M. Rogers, A. Habib, G. Teobaldi, T. Moorsom, J.O. Johansson, L. Hedley, P.S. Keatley, R.J. Hicken, M. Valvidares, P. Gargiani, N. Alosaimi, E. Poli, M. Ali, G. Burnell, B.J. Hickey and O. Cespedes, Advanced Functional Materials 2023, 2212173.

Amb la col·laboració de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia. El Sincrotró ALBA forma part de la xarxa d'Unitats de Cultura Científica i de la Innovació (UCC+i) de la Fundació Espanyola per a la Ciència i la Tecnologia (FECYT) i ha rebut suport a través del projecte FCT-21-17088.