Facebook a construit son nouveau centre de données dans le nord de la Suède pour réduire les coûts de refroidissement. Crédit :Université Radboud
Une forte, une courte impulsion lumineuse permet d'enregistrer des données sur une couche magnétique de grenat de fer yttrium dopé aux ions Co. Cela a été découvert par des chercheurs de l'Université Radboud aux Pays-Bas et de l'Université Bialystok en Pologne. Le nouveau mécanisme surpasse les alternatives existantes, permettant l'enregistrement magnétique en lecture-écriture le plus rapide accompagné d'une charge thermique sans précédent. La recherche a été rapportée dans La nature le 18 janvier 2017.
Fiable, l'enregistrement de données bon marché et rapide sera aussi crucial pour l'économie du 21e siècle que le pétrole l'était pour celle du 20e siècle. L'enregistrement magnétique fonctionne plutôt bien à cet égard, mais les centres de données deviennent surchauffés en raison de la forte augmentation de la demande de stockage dans le cloud – pensez à l'ampleur du trafic Facebook et WhatsApp. Il faut beaucoup d'énergie pour refroidir les processeurs des serveurs. enregistrement magnétique assisté par la chaleur, ou HAMR, la dernière innovation en enregistrement magnétique, ne résoudra pas ce problème. Au contraire, il utilise la chaleur d'une impulsion laser pour accélérer le processus d'enregistrement. Pour cette raison, l'enregistrement magnétique ultra-rapide qui ne produit pas de chaleur et n'a pas besoin d'électroaimants est le Saint Graal de la recherche fondamentale et appliquée actuelle sur le magnétisme.
L'idée exotique fonctionne
Des chercheurs de l'Université Radboud expérimentent depuis plus d'une décennie des moyens d'utiliser l'énergie d'une impulsion lumineuse pour manipuler des aimants. Le professeur Theo Rasing et ses collègues ont publié leurs premiers résultats dans un article de 2007 dans la revue internationale Science .
Le grenat cobalt est un vitreux, matière transparente. Les chercheurs utilisent de petits morceaux pour leurs expériences. Crédit :Université Radboud
Le problème avec leurs découvertes initiales était que le mécanisme de l'enregistrement reposait sur un chauffage induit par laser qui atteignait des températures proches de la température dite de Curie, au-dessus duquel l'ordre magnétique est détruit. L'enregistrement par chauffage et destruction partielle de l'ordre magnétique a sérieusement entravé les applications potentielles. Le chauffage affecte négativement la stabilité thermique d'un support d'enregistrement, limite la fréquence de répétition par le temps de refroidissement, et limite la densité d'enregistrement due à la diffusion de la chaleur.
Interaction spin-orbite
La résolution du problème de chauffage nécessite un milieu à faible absorption optique. Pour les métaux avec beaucoup d'électrons libres, l'absorption de la lumière - et donc l'échauffement du matériau - est inévitable. Cela signifie que pour réduire le chauffage, un matériau diélectrique est requis. Pour cette étude, les scientifiques ont choisi le grenat de fer et d'yttrium (YIG) – l'un des diélectriques magnétiques modèles en recherche fondamentale et appliquée. Il est impossible d'enregistrer des informations à travers la lumière sur un YIG normal. Mais pour augmenter sa sensibilité à l'excitation optique, les scientifiques l'ont dopé avec des co-ions. Les co-ions sont connus pour le fort couplage des moments magnétiques au mouvement orbital de l'électron (ce qu'on appelle l'interaction spin-orbite). La lumière peut effectivement modifier le mouvement orbital des électrons dans les ions et ainsi affecter le magnétisme. Les expériences ont pleinement répondu aux attentes des scientifiques. Ils ont découvert que dans le film de grenat co-substitué, une seule impulsion laser femtoseconde polarisée linéairement favorise la commutation des spins entre différents états.
Crédit :Université Radboud
"En changeant la polarisation de l'impulsion laser, nous dirigeons de manière déterministe l'aimantation nette dans le grenat - nous écrivons à volonté 0 et 1 bits magnétiques, " déclare le physicien Alexey Kimel de l'Université Radboud. " Ce mécanisme surpasse les alternatives existantes, permettant l'événement d'enregistrement en écriture-lecture magnétique le plus rapide jamais réalisé, inférieur à vingt pico-secondes, accompagnée d'une charge thermique sans précédent. » Kimel a eu du mal à obtenir un financement pour ce projet car son idée était considérée comme trop exotique pour fonctionner. La publication dans La nature prouve qu'il avait raison depuis le début.
Applicable dans les centres de données et les super ordinateurs
L'utilisation de la lumière pour la commutation magnétique sur des films de grenat ne sera probablement pas appliquée dans les ordinateurs personnels. "L'écart technologique entre le stockage sur métal et le cristal de grenat est trop grand, " pense Alexey Kimel. " Mais cela pourrait être une option intéressante pour les grands entrepôts de données de Google et Facebook et autres. Une autre utilisation possible pourrait être l'enregistrement de données à très basse température. L'électronique supraconductrice et les ordinateurs quantiques ne disposent pas d'un système de mémoire rapide capable d'enregistrer à des températures inférieures à 10 Kelvin (-263 degrés Celsius). Jusqu'à maintenant, c'était un obstacle sérieux pour l'informatique supraconductrice."
